Hydrogels stimulables à base de complexes de cyclobis paraquat paraphénylène

Stimuli-responsive hydrogels formed from cyclobis paraquat paraphenylene based complexes

• Auteur / Autrice : Khaled Belal
• Direction : Patrice Woisel, François Stoffelbach
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique et macromoléculaire
• Date : Soutenance le 24/10/2016
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cages moléculaires

Reconnaissance moléculaire

Composés d'inclusion

Polymères réticulés

Gels supramoléculaires

Mots clés libres

Cyclobis paraquat paraphénylène (CBPQT)

Hydrogels stimulables

Résumé

Les matériaux polymères multi stimulables sont d’ores et déjà utilisés dans différents domaines d’applications, tels que le relargage de principes actifs sur commande, l’ingénierie tissulaire, les matériaux auto réparants ou les senseurs. Depuis une vingtaine d’années, la chimie supramoléculaire s’est révélée être un outil de choix pour créer ce type de matériaux dits « intelligents ». Elle permet en effet de moduler voir de programmer les propriétés des matériaux en contrôlant le caractère dynamique des interactions supramoléculaires via l’application de stimuli adaptés. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse financée par l’ANR (projet STRAPA) avaient pour principal objectif d’exploiter des complexes à base de cyclobis paraquat paraphénylène (CBPQT4+) et d’entités riches en électrons (tétrathiafulvalène, naphtalène) pour concevoir des hydrogels supramoléculaires multi-stimulables. Deux types d’hydrogels ont été développés : des hydrogels physiques (réticulés de manière supramoléculaire) capables de présenter une transition sol-gel sous stimuli (température, ajout de molécules compétitrices) et des hydrogels chimiques (réticulés de manière permanente) dotés de motifs de reconnaissance moléculaire riches en électrons dont les propriétés de gonflement peuvent être finement contrôlées. En particulier, nous avons montré que celles-ci pouvaient être manipulées très facilement via le nombre d’unités riches en électrons présents au sein des hydrogels, en contrôlant le pourcentage de complexes formés, ainsi qu’en appliquant divers stimuli (température, red/ox, macromolécules compétitrices, tensioactifs).

Multistimuli-responsive polymer materials play an important role in various fields of applications, (drug delivery system, tissue engineering, and self-healing materials. In the last past decades, supramolecular chemistry has emerged as a powerful tool to build such smart materials. Indeed, thanks to the inherent and/or induced dynamic behavior of supramolecular interactions, materials properties can be potentially tuned or even programmed. The main objective of this thesis, that have been carried out in the framework of the STRAPA ANR project, was to exploit host-guest interactions formed from the cyclobis paraquat paraphenylene (CBPQT4+) host molecule and electron-rich entities (tetrathiafulvalene, naphthalene) to conceive multi-stimuli responsive hydrogels. Two kind of smart hydrogels have been developed : physical hydrogels in which the sol-gel transition can be controlled upon heating or by adding competitive molecules, and chemical hydrogels with programmable swelling properties. In the last case, we have notably shown that the actuating behavior of hydrogels could be finely triggered by applying various environmental stimuli (T, red/ox, competitive macromolecules and surfactants).