Nanofleurs

Du 15 décembre 2015 au 15 décembre 2016

Projet financé par la région Pays de la Loire dans le cadre du volet "Paris scientifiques régionaux".

Exploration des propriétés physico-chimiques et des potentialités d'hyperarchitectures macromoléculaires de type "fleurs"

L’auto-assemblage de polymères est un des axes de recherche fort de l’équipe Polymères, Colloïdes et Interfaces. Ces auto-assemblages permettent l’obtention de structures macromoléculaires dont certaines comme les polymères étoilés et les macromolécules cycliques ont déjà été largement étudiées. Depuis 2011, l’équipe s’est intéressée à de nouvelles structures nommées « fleur » en référence à la forme que les copolymères prennent en s’assemblant. Ces fleurs de polymères, dont la structure est à mi-chemin entre celle des polymères étoilés et celle des macromolécules cycliques pourraient en effet révéler des propriétés rhéologiques et structurales intéressantes. L’objectif du projet NANOFLEURS est donc de synthétiser des polymères en fleurs et d’étudier leurs propriétés physicochimiques. Si ces propriétés s’avèrent être à l’image de ce que les chercheurs imaginaient en début de projet, les polymères en fleur pourraient faire d’intéressants additifs pour l’élaboration de matières plastiques. Le projet est orienté selon 3 axes distincts.

Axe 1 : la synthèse de fleurs de polybutadiène

Un premier type de macrostructures de type « fleur » auquel l’équipe s’est intéressée est la fleur issue de copolymères triblocs à "pétales" de polybutadiène (PB). La première méthode de synthèse des polymères envisagée était une méthode classique : l’utilisation d’une chaine polybutadiène centrale solvophile sur laquelle sont directement polymérisés les deux bras solvophobes. Cependant cette voie n’a pu être utilisée, et il a fallu concevoir une nouvelle méthode. L’équipe a donc tenté une synthèse en deux étapes : les deux bras ont été synthétisés seuls dans un premier temps et ils ont, dans un second temps, été greffés sur la chaine centrale PB selon une méthode « Click ». Ces copolymères ont ensuite été auto-assemblés en solvant organique afin de former les fleurs puis les cœurs ont été photoréticulés afin de les stabiliser.

Axe 2 : l’étude des propriétés de fleurs de poly(oxyde d’éthylène)

Les secondes fleurs étudiées sont les fleurs de poly(oxyde d’éthylène)(POE). L’objectif de cette partie du projet était d’étudier les propriétés physiques des fleurs et des agrégats de fleurs. Une gamme de solutions de concentrations différente a été préparée afin d’obtenir de pouvoir étudier des agrégats de différentes tailles. Les propriétés rhéologiques de ces solutions de fleurs ont ensuite été comparées à des solutions de structures de type « étoiles » formées à partir de diblocs de POE. Les résultats de cette étude montrent pour la première fois que les agrégats de fleurs sont capables d’interpénétration : ils se comportent en effet non pas comme des colloïdes rigides mais simplement comme un ensemble de fleurs adjacentes dont certaines sont connectées entre elles. Le fait de connecter entre eux ces colloïdes mous a une influence spectaculaire sur la viscosité de leurs solutions concentrées.

Axe 3 : l’encapsulation de nanocristaux fluorescents (quantum dots).

Le troisième axe du projet était l’encapsulation de nanocristaux fluorescents dans des fleurs de POE. En choisissant le POE, un polymère biocompatible, cette encapsulation pourrait en effet permettre de produire des traceurs fluorescents furtifs, ne provoquant pas de réaction avec le milieu cellulaire. Ces tentatives d’encapsulation dans des micelles de copolymère tribloc n’ont pas abouti aux résultats espérés, c'est-à-dire à la formation de complexes comprenant un quantum dot dans le cœur d’une fleur, mais à des agrégats comportant de nombreux quantum dots. L’encapsulation a donc été entreprise dans des étoiles issues de copolymères diblocs à base de POE. Cette fois l’entreprise est un succès, et la compatibilité du quantum bloc avec le polymère est même augmentée grâce à l’ajout d’une petite chaîne alkyle au bloc solvophobe des polymères,. Le résultat de cet axe est donc l’obtention d’étoiles hybrides quantum dot/POE d’une grande stabilité et dont la fluorescence est conservée lorsque les étoiles sont transférées d’un solvant organique vers un solvant aqueux, c’est donc une bonne avancée pour la production de traceurs biologiques.