Etude de nouveaux procédés de greffage de polymères biocompatibles sur des nanoparticules d'oxyde de fer : intérêt de la voie micro-onde

par Ling Hu

Thèse de doctorat en Chimie - Physique

Sous la direction de Denis Chaumont et de Claire-Hélène Brachais.

Soutenue en 2009

à Dijon .


  • Résumé

    Les nanohybrides cœur-écorce réalisés par encapsulation de particules magnétiques dans des polymères biocompatibles et/ou biodégradables, sont largement utilisés dans des applications médicales et pharmaceutiques en phase aqueuse. Généralement, dans une première étape, les particules magnétiques sont obtenues en milieu aqueux et dans un second temps, le greffage du polymère sur des nanoparticules se fait quant à lui en milieu organique. Ce travail porte sur l'étude d'une nouvelle approche de synthèse des nanohybrides cœur-écorce afin d’éviter les effets néfastes des techniques de synthèse habituelles comme la perte importante des particules lors du lavage, l’agrégation irréversible des particules et le danger des matériaux pulvérulents à l’issue du séchage. Cette approche novatrice a été appliquée à l’obtention des nanohybrides cœur-écorce, en milieu aqueux (compatible avec une application médicale sans devoir effectuer un échange de solvant), à base de nanoparticules de maghémite γ-Fe2O3 et d’un polymère biocompatible et hydrophile, le polyéthylène glycol méthyl éther (mPEG). Deux procédés de synthèse sous chauffage classique, en deux étapes et en une étape respectivement, sont mis au point. Leur amélioration par procédé ″une étape″ sous chauffage micro-onde à reflux est également étudiée. Dans tous les cas, le greffage de mPEG, préalablement fonctionnalisé par introduction des groupes éthoxy silane, sur la surface de la nanoparticule de maghémite par formation d’une liaison covalente Fe-O-Si est mis en évidence par différentes méthodes de caractérisation. Des particules greffées de 20 nm, isolées et non agrégées, sont obtenues. Les procédés en une étape sont plus rapides pour obtenir le même taux de greffage (environs 15% en masse). En particulier, le procédé sous chauffage micro-onde à reflux permet d’avoir un gain de temps de 82% par rapport au procédé en deux étapes. De plus, des études par spectroscopie Raman et FTIR révèlent que le traitement micro-onde tend à se traduire par une meilleure cristallinité des particules. Les conditions expérimentales mises au point sont ensuite reproduites pour étudier un nanohybride biodégradable par greffage d’un nouveau copolymère biodégradable : le polyéthylène glycol méthyl éther-co-polyglyoxylate d’éthyle (mPEG-co-PGEt) sur la nanoparticule de maghémite. Pour réaliser cela, le copolymère obtenu par polymérisation anionique est d’abord fonctionnalisé pour le rend plus stable lors de son utilisation. Un taux de greffage de 5% en masse est obtenu après 1h de réaction. Cette étude est la première portant sur la synthèse et l’utilisation du mPEG-co-PGEt fonctionnalisé en tant que nouveau matériau. La nouvelle approche développée durant cette thèse permet de simplifier les procédés classiques et d’améliorer la qualité des produits obtenus. Elle est applicable à d’autres types de nanohybride cœur-écorce.

  • Titre traduit

    Study of new methods of grafting of biocompatible polymers onto iron oxide nanoparticles in aqueous medium including sysnthesis by microwave refluxing


  • Résumé

    Magnetic nanohybrids based on inorganic cores encapsulated by a biocompatible and/or biodegradable polymeric corona have been widely used in medical and pharmaceutical applications in aqueous medium. Generally, the magnetic nanoparticles are firstly obtained in aqueous medium and the grafting of polymer on the nanoparticles is then realized in an organic solvent. This work focuses on exploring a new approach to synthesis of core-corona structured nanohybrids in order to avoid the negative effects of classical synthesis techniques such as the significant loss of particles during washing procedures, the irreversible aggregation of particles and the danger of nano-powder materials after drying. This innovative approach was applied to obtain core-corona structured nanohybrids, based on maghemite nanoparticles and a water soluble, biocompatible polymer, polyethylene glycol methyl ether (mPEG), in aqueous medium (compatible with medical applications without further solvent exchange). Two synthesis methods, two-steps and one-step respectively, under classical heating, are developed. Their improvement by one-step microwave-assisted refluxing is also studied. In all cases, the grafting of mPEG, previously functionalized by introduction of silane ethoxy groups, on the surface of maghemite nanoparticle by forming a Fe-O-Si covalent bond is evidenced by different characterization methods. Grafted and isolated maghemite particles of 20 nm are obtained. It is obvious that one-step procedures give the same mPEG grafting amount (15% (w/w)) by using less reaction time. In particular, the one-step microwave procedure allows a time saving of 82% than the two-steps procedure. Moreover, Raman and FTIR spectroscopies reveal that microwave treatment tends to result in better crystallized particles. The experimental conditions developed are then reproduced to study a biodegradable nanohybrid by grafting a new biodegradable copolymer: polyethylene glycol methyl ether-co-poly(ethyl glyoxylate) (mPEG-co-PGEt) on the maghemite nanoparticle. A grafting amount of about 5% (w/w) is obtained after one hour reaction. This is the first investigation on the synthesis and the utilization of functionalized mPEG-co-PGEt as a new material. The new approach developed during this thesis allows to simplify the classical procedures and improve the product quality. It is applicable to other types of core-corona structured nanohybrids.

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Informations

  • Détails : 1 vol.(238 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres, [318] réf.

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  • Bibliothèque : Université de Bourgogne. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TDDIJON/2009/62
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