Design of stimuli-responsive polymer capsules by interfacial complexation
Formulation de capsules polymères stimulables par complexation interfaciale
Résumé
The encapsulation of molecules or nanomaterials at microscales has become a major topic in many research fields, ranging from catalysis to therapeutical treatments. The development of highly functional encapsulation systems has become crucial for these applications but are likely to involve formulation steps that may be incompatible with the presence of the payloads of interest (such as fragile biomacromolecules, including proteins or nucleic acids). In this thesis, we describe and explore a formulation approach of polymer microcapsules that exhibit a mild aqueous core and a functional polymer shell. These microcapsules are formed by interfacial complexation between a functional cationic copolymer and an anionic surfactant in inverse emulsions, namely at the surface of water droplets dispersed in a fluorinated oil. The use of thermosensitive grafts on the cationic polymer led to the formation of polymer membranes with a lower or upper critical solution temperature (depending on the nature of the strands), hence paving the way to thermoresponsive delivery systems. We demonstrate that the thermoresponsiveness of the polymers used in this study can be leveraged to (i) change the physicochemical properties of the polymer shells and (ii) straightforwardly incorporate nanoparticles within these shells, hence providing new functionalities to the microcapsules. As an illustration, we used gold nanoparticles as thermoplasmonic nanoheaters to trigger the thermal response of the polymer shells under light irradiation. In this system, the temperature rise induced in the microcapsules by thermoplasmonic excitation of gold nanoparticles was precisely measured in situ using quantitative phase microscopy.
L’encapsulation à l’échelle microscopique de molécules ou de nanomatériaux est un sujet de recherche particulièrement actif dans de nombreux domaines, allant de la catalyse aux traitements thérapeutiques. Le développement de systèmes d’encapsulation hautement fonctionnels est devenu un enjeu crucial pour ces applications mais peut nécessiter des voies de formulation potentiellement incompatibles avec la présence des molécules d’intérêt à encapsuler (notamment certaines biomacromolécules fragiles comme les protéines ou les acides nucléiques). Dans cette thèse, nous explorons une voie de formulation « douce » de microcapsules polymères fonctionnelles à cœur aqueux, prometteuses pour l’encapsulation et la libération contrôlée de biomacromolécules. Notre approche repose sur la complexation interfaciale entre un copolymère cationique fonctionnel et un tensioactif anionique en émulsion inverse, à savoir à la surface de gouttes d’eau dispersées dans une huile fluorée. L’utilisation d’un polycation greffé par des brins thermosensibles (possédant une température de solution critique supérieure ou inférieure en fonction de leur nature) permet de former une membrane polymère dont les propriétés physico-chimiques varient sensiblement avec la température, ouvrant la voie à des systèmes de délivrance thermo-contrôlée. De plus, nous montrons que le caractère thermosensible des membranes polymères permet d’y incorporer facilement des nanoparticules, permettant ainsi d’ajouter de nouvelles fonctionnalités aux capsules. Nous montrons par exemple que des nanoparticules d’or peuvent être introduites pour rendre les capsules photo-stimulables par effet thermoplasmonique. Dans ce système, nous avons notamment mesuré par microscopie de phase quantitative l’élévation de température induite in situ par excitation lumineuse.
Origine : Version validée par le jury (STAR)