Macro and micro forms of thermosensitive hydrogels intended for controlled drug release applications

par Stojanka Petruš̆̌̌̌̌̌ić (Petrusic)

Thèse de doctorat en Mécanique, énergétique, matériaux

Sous la direction de Vladan Konč̆ar et de Petar Jovanč̆ić.

Soutenue le 29-11-2011

à Lille 1 en cotutelle avec l'Univerzitet u Beogradu , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) .

  • Titre traduit

    Etude de macro et micro formes d'hydrogels thermosensibles destinés à la libération contrôlée de médicament


  • Résumé

    L’objectif de cette thèse est de mettre au point des formes adéquates d’hydrogels thermosensibles destinées à une application textile transdermique de libération contrôlée de médicament. Les travaux concernent les hydrogels thermosensibles à base de poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm). Ce polymère a été combiné sous une forme linéaire et/ou réticulée avec l’alginate, pour former des hydrogels ayant une structure de réseaux de polymères interpénétrés. On améliore ainsi les propriétés du PNIPAAm pur. Des hydrogels de PNIPAAm et d’alginate de calcium (CA) ont d’abord été synthétisés sous forme de films. La présence de CA contribue à l’amélioration des propriétés mécaniques, sans modifier la température de transition de phase du PNIPAAm. Nous avons ensuite appliqué la technique d’extrusion électrostatique pour préparer des microsphères d’hydrogel. Les paramètres du procédé ont été variés afin de comprendre et d’optimiser les conditions de fabrication de microsphères ayant un diamètre inférieur à 20 µm et une forme sphérique régulière. Nous avons utilisé la polymérisation en suspension inverse pour synthétiser des microsphères qui sont de forme plutôt régulière et sphérique, avec un diamètre variant de 20 à 80 µm. Leur structure était poreuse, en forme de nid d’abeille. La libération de l’hydrochlorure de procaïne des microsphères d’hydrogel a été étudiée avec une cellule de diffusion de Franz. L’incorporation de CA dans le réseau de PNIPAAm engendre une libération de type légèrement négatif, tandis que le PNIPAAm pur présente un type positif. La libération de procaïne dépend non seulement du phénomène de diffusion mais aussi du comportement de l’hydrogel au gonflement.


  • Résumé

    The objective of this thesis is to develop adequate forms of thermosensitive hydrogels intended for a textile-based controlled transdermal drug release application. This work deals with thermosensitive hydrogels based on poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm). This polymer was combined in both linear and crosslinked form with alginate to form hydrogels with interpenetrating polymer network structure. Thus, the properties of conventional pure PNIPAAm hydrogel have been improved. Hydrogels of crosslinked PNIPAAm and calcium alginate (CA) were initially synthesized in the form of films. The presence of CA contributes to the improvement of mechanical properties without affecting the volume phase transition temperature (VPTT) of PNIPAAm. The technique of electrostatic extrusion was applied for the preparation of hydrogel microbeads. Operating parameters were varied to understand and optimize the conditions of the production of microbeads below 20 µm in diameter and of regular spherical shape. Inverse suspension polymerization was afterwards used for the preparation of microbeads of regular spherical shape and diameter in the range from 20 to 80 µm. They had porous, honeycomb-like structure. A Franz diffusion cell was employed to investigate the release of procaine hydrochloride from selected hydrogel microbeads. The incorporation of CA in PNIPAAm network resulted in slightly temperature-negative drug release pattern in comparison with temperature-positive drug release from the pure PNIPAAm hydrogel microbeads. The mechanism of the drug release at temperatures above and below the VPTT of microbeads depended on hydrogel swelling behavior and not solely on diffusion.


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