Nanocapsules par polymérisation interfaciale en microémulsion
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Abstract EN:
The promising applications of polymeric capsules for substance encapsulation generate a growing interest in various fields like biology, pharmacy, medicine or materials. Nanocapsules as particles with diameter below 1 μm and core-shell morphology can be synthesized using various methods according to their application. In the literature, interfacial polymerization is often reported for the synthesis of core-shell nanoparticles. The objective of this PhD thesis was the development of model polyurea nanocapsules through cosurfactant-free direct cyclohexane/Triton X-100/water microemulsion templates . We successfully obtained small (<40 nm) and monodisperse polyurea nanocapsules by interfacial hydrolysis-polyaddition step of isophorone diisocyanate in direct microemulsion. The morphology of the nano-objects has been investigated by SANS experiments which allowed determine the geometrical characteristics of nanocapsules. These are composed of a core with radius between 10.2 nm to 12.1 nm and a shell having a thickness between 2.4 nm and 3.8 nm. Chemical structure of the shell was studied by 13C NMR and MALDI-TOF. It emerges that it is composed of around 76 mol% of urea functions. Isocyanate functions that were not consumed during the formation of the nanocapsule membrane (around24 mol%) formed urethane functions because of the reaction with the hydroxyl function of Triton X-100 during the heating dissolving step and/or during the analysis. The higher degree of polymerization is equal to 11. The hydrolysis-polyaddition reaction was also carried out in a plan interface either with or without surfactant. It was found that a minimum amount of Triton X-100 (5.5% (w:w)) is required for to form the membrane. The stability of the colloids was monitored over about one year. Thus, both size and size distribution of nanocapsules are maintained over time. The possibility of removing Triton X-100 was also investigated. With the aim of developing greener formulations for eventual biomedical purposes, biosourced oils and surfactants have been tested but the prepared systems did not meet the microemulsion criteria
Abstract FR:
Les applications prometteuses des capsules de polymère pour l’encapsulation de substances utilisées dans divers domaines comme la biologie, la pharmacie, la médecine ou les matériaux suscitent un intérêt croissant. Les nanocapsules sous forme de particules de diamètre inférieur à 1 μm et de morphologie coeur-écorce peuvent être synthétisées selon différentes méthodes en fonction de leur application. Dans la littérature, la polymérisation interfaciale est souvent rapportée pour la synthèse de nanoparticules coeur-écorce. L’objectif de ce travail de thèse était de développer des nanocapsules modèles de polyurée à partir de microémulsions directes cyclohexane/TritonX-100/eau sans ajout de co-stabilisant. Nous avons réussi à obtenir des nanocapsules de polyurée, de faible taille (<40 nm) et de distribution de taille étroite, par hydrolyse-polyaddition interfaciale de l'isophorone diisocyanate en microémulsion directe. La morphologie des nanoobjets a été étudiée par des expériences SANS qui ont permis de déterminer les caractéristiques géométriques des nanocapsules. Celles-ci sont composées d’un cœur de rayon compris entre 10,2 nm et 12,1 nm et d’une écorce ayant une épaisseur comprise entre de 2,4 - 3,8 nm. La structure chimique de la membrane des nanocapsules a été étudiée par RMN 13C et MALDI-TOF. Il en ressort qu’elle est composée d’environ76 mol% de fonctions urée. Les fonctions isocyanate qui n’ont pas été consommées au cours de la réaction de formation de la membrane des nanocapsules (environ 24 mol%) ont formé des fonctions uréthane suite à la réaction avec les fonctions hydroxyle de Triton X-100 au cours de la dissolution à chaud et/ou pendant l’analyse (RMN, MALDI-TOF). Le degré de polymérisation des chaines les plus longues est inférieur à 11. La réaction d’hydrolyse-polyaddition a été également réalisée en interface plan en présence et en absence de tensioactif. Il est apparu qu’une quantité minimale de Triton X-100 (5,5%m) est nécessaire à la formation de la membrane. La stabilité des colloïdes a été suivie sur une année environ. Ainsi, la taille et la distribution de taille des nanocapsules sont préservées avec le temps. La possibilité d’éliminer le Triton X-100 a également été investiguée. Dans l’objectif de développer des formulations plus vertes pour d’éventuelles applications biomédicales, des huiles et des tensioactifs biosourcés ont été testés mais les systèmes préparés ne remplissent pas les critères des microémulsions