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10ème JOURNEE SCIENTIFIQUE GFP GRAND-EST

« les polymères et la chimie du végétal »

Université de Reims Champagne Ardenne

9 Septembre 2010

Amphithéâtre Jacqueline Dervin Ecole supérieure d’ingénieurs en emballage et conditionnement

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℘Résumés des communications℘

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Electrospinning de copolyesters biodégradables sur un support destiné à l’ingénierie tissulaire

Charlotte Duval1, Mukesh Gupta1, Cécile Nouvel1, Jérôme Babin1, Cédryck Vaquette2, Xiong Wang 2,3, Nguyen Tran4, Jean-Luc Six1*

1) Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire, UMR 7568, Nancy-University, CNRS ENSIC, 1 rue Grandville, B.P. 20451, F-54001 Nancy, France

2) Laboratoire d'Énergétique et de Mécanique Théorique et Appliquée, Nancy-Université, CNRS, 2 avenue de la forêt de Haye, 54 500 Vandoeuvre

3) Laboratoire de Physiopathologie, Pharmacologie et Ingénierie Articulaires, UMR 7561, Faculté de Médecine, B.P. 184, 54505 Vandoeuvre-les-Nancy cedex

4) Laboratory of Surgery, Faculty of Medicine, Nancy-University, 54500 Vandoeuvre-les-Nancy

E-mail: jean-luc.six@ensic.inpl-nancy.fr

Depuis plusieurs années, notre laboratoire étudie les copolyesters biodégradables et les dérivés amphiphiles biodégradables et/ou biocompatibles de polysaccharides[1]. Certains de ces produits sont spécialement synthétisés pour être employés dans des applications biomédicales et plus précisément, en ingénierie tissulaire. Un panel de copolyester de composition chimique et de microstructure variables, dérivés de lactides, glycolide et d’ε-caprolactone, a ainsi été obtenu par polymérisation par ouverture de cycles, en utilisant différents catalyseurs de polymérisation, Dans le cadre d’une ANR portant sur l’ingénierie tissulaire du ligament, certains de ces copolyesters biodégradables ont été formulés sous forme de microfibres. Ces fibres ont été déposées à la surface d’un support de croissance tricoté à l’aide de fils de soie afin d’en réduire la porosité initiale. Effectivement, cette porosité initiale ne permet pas le dépôt et la croissance correcte des cellules souches mésenchymateuses. La production de ces microfibres fait appel à la technique d’électrospinning qui consiste à former ces fibres à partir d’un jet de solution émis sous un champ électrique. L’influence des divers paramètres d’électrospinning sur l’obtention des fibres et plus précisément sur leur alignement parallèle sera présentée. Pour finir, l’ensemencement du scaffold ainsi obtenu [2] par des cellules souches mésenchymateuses du rat a été réalisé. L’influence du parallélisme des microfibres sur la croissance des cellules sera également présentée. Références : [1] C. Nouvel, I. Ydens, P. Degée, P. Dubois, E. Dellacherie, J.-L. Six, J. Polym. Sci., Pol. Chem. 2004, 42, 2577-2588. L. Dupayage, M. Save, E. Dellacherie, C. Nouvel, J.-L. Six, J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2008, 46, 7606–7620. [2] C Vaquette, C Kahn, C Frochot, C Nouvel, J-L Six, N De Isla, L-H Luo, J Cooper-White, R Rahouadj, X Wang, J. Biomed. Mat. Res., Part A accepted

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Nouveaux matériaux hybrides siloxane- polysaccharides : réseaux interpénétrés et inter-réticulés

C. Bliard1, A.J. Vreugdenhil2

1 : CNRS-ICMR, UMR6229, B18, URCA, B.P. 1029, Moulin de La Housse, F51687, Reims, France.

2 : Trent Centre for Materials Research, Chemistry, Trent University, 1600 West Bank Dr. Peterborough, ON., Canada christophe.bliard@univ-reims.fr

Les sol-gels aqueux à base siloxanes sont des matrices polymériques de nanoparticules siloxanes fonctionnalisées qui sont obtenues par des combinaisons binaires ou ternaires de différents alkylalkoxysilanes et qui présentent une large gamme d’applications depuis les matériaux a forte porosité aux revêtements de protection contre la corrosion en fonction des formulations choisies. Un autre avantage des synthèses des réseaux sol-gels obtenus par réticulation de nanoparticules de siloxanes fonctionnalisées est l’utilisation de basses températures sur des solutions aqueuses. En outre la synthèse des nanoparticules permet l’incorporation de toute une variété de fonctionnalités dans la matrice finale. Les polysaccharides amylacés sont des polymères naturels de très haute masse moléculaires pouvant naturellement former des réseaux hydrogels par réticulation physique et qui conduisent par rigidification à des matériaux possédant des propriétés uniques tout en conservant les propriétés de biodégradabilité et biocompatibilité intrinsèques. Dans ce travail nous présentons les résultats obtenus en synthétisant des matériaux hybrides siloxanes - polymalto-isomaltosides par formation de réseaux interpénétrés et inter-réticulés de nanoparticules de polysiloxanes fonctionnalisées avec des polysaccharides amylacés natifs ou chimiquement modifiés en milieu aqueux ainsi que les résultats de dégradabilité enzymatique partielle des matériaux hybrides obtenus.

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Bioadsorption de polluants industriels sur les amidons modifiées

Jérémie Charles, Pierre-Marie Badot et Grégorio Crini

CNRS-Université de Franche-Comté / UMR 6249 Chrono-environnement usc INRA, Place Leclerc - F-25030 Besançon cedex

[jeremie.charles@univ-fcomte.fr, gregorio.crini@univ-fcomte.fr]

Les traitements physico-chimiques classiques tels que l’insolubilisation chimique ou la coagulation/neutralisation/floculation pour traiter des eaux usées industrielles peuvent être complétés par un traitement tertiaire dit de finition sur résines échanges d’ions et/ou charbons actifs. Or, ces traitements tertiaires ne sont pas viables économiquement pour de petites structures industrielles. De plus, ces méthodes ne permettent pas d’abattre la totalité de la charge polluante. Ceci oblige les industriels à s’intéresser à de nouvelles méthodes d’épuration qui doivent être plus efficaces sans être plus onéreuses Il est donc nécessaire de développer de nouveaux systèmes adsorbants qui soient plus performants et plus respectueux de l’environnement que les matériaux conventionnels dans le cadre de la Loi sur l’Eau. Dans cette optique, nous proposons d’utiliser des matériaux adsorbants à base d’amidon modifié dans le but de décontaminer des eaux de rejets industrielles. Cette communication a pour objectifs d’une part de présenter de nouveaux types de bioadsorbants capables de complexer des polluants industriels présents dans des eaux usées traitées issues de la filière du traitement de surface. Les adsorbants sont préparés en deux étapes à partir de dérivés amidonnés : réticulation chimique suivie d’une fonctionnalisation par des ligands carboxyliques. Pour les tests de détoxification, nous avons utilisé la méthode classique dite en mode cuvée. L’efficacité des bioadsorbants a été comparée par rapport au système utilisé actuellement chez l’industriel. Les résultats d’abattement chimique montrent que la bioadsorption sur des amidons modifiés permet de tendre vers le rejet zéro liquide. D’autre part, nous avons étudié l’impact environnemental du rejet en utilisant des tests de toxicité sur végétaux. Les résultats de nos analyses d’écotoxicité montrent également que la bioadsorption pourrait être une alternative environnementale intéressante pour traiter des eaux usées industrielles afin de diminuer leur impact sur le milieu aquatique récepteur. Ces recherches sont financées par l’Agence de l’Eau et la Région de Franche-Comté.

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Nouveaux matériaux innovants à base d’amidon plastifié “thermoplastiques”.

Luc Avérous, Eric Pollet

LIPHT-ECPM, Université de Strasbourg, 25 rue Becquerel F-67087 Strasbourg Cedex 2, France

e-mail: luc.averous@unistra.fr It is increasingly being realized that the use of long-lasting polymers for short-lived applications (packaging, catering, surgery, hygiene…) is not entirely adequate. Until now, agro-polymers such as starch are largely and mainly used in food industry applications and have not found extensive applications in e.g., the packaging industry, to replace conventional plastic materials. Native starch can be transformed in thermoplastic-like polymers after destructuration and plasticization processes. Plasticized starch (PLS) presents different attributes and also, some strong issues such as rather weak mechanical properties compared to synthetic polymers [1]. To overcome these issues, two main strategies have been carried out: (i) Starch modification (chemical way). This strategy presents some strong limitations such as the toxicity and the diversity of the by-products obtained during the chemical reactions. (ii) The association of PLS with other compounds such as biopolymers, fillers …. We can obtain different structures and a large range of properties for these multiphase materials.

To tailor new materials for specific applications, specific structures must be designed [2-5]. Elaboration of exfoliated plasticized starch based nano-biocomposites has been recently reported [3-5]. This successful development was made possible by using cationic starch as a new clay organo-modifier to facilitate the exfoliation process [2]. To demonstrate the efficiency of this new approach, either natural (MMT-Na) and organo-modified (OMMT-CS) montmorillonite were incorporated into the starch matrix. The morphological analyses (SAXD and TEM) showed that MMT-Na leads to the formation of intercalated nano-biocomposites. On the contrary, OMMT-CS allowed the elaboration of well exfoliated nano-biocomposites. Tensile tests performed on the obtained nano-biocomposites showed that exfoliated nano-biocomposites display enhanced mechanical properties compared to those of the intercalated nano-biocomposites and neat matrix. These results clearly highlight the great interest in using OMMT-CS to obtain starch-based nano-biocomposites with improved properties. References: (1) F. Chivrac, E. Pollet, L. Avérous. Materials Science & Engineering R 2009, 67, 1-17 (2) P. Bordes; E. Pollet; L. Averous. Progress Polym. Sci. 2009, 34, 125. (3) F. Chivrac, E. Pollet, M. Schmutz, L. Avérous. Biomacromolecules 2008, 9, 896-900 (4) F. Chivrac, E. Pollet, P. Dole, L. Avérous. Carbohydrate Polymers 2010, 79, 941–947 (5) F. Chivrac, E. Pollet, L. Avérous. Carbohydrate Polymers 2010, 80, 145–153

Exfoliated Starch Nano-biocomposite

Starch

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MMT-Na

+ Cationic starch

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Analyse en temps réel des propriétés mécaniques et du vieillissement de composites thermoplastiques renforcés par des fibres naturelles.g

B. Kaouache1, F. Addiego1, V. Toniazzo1, A. Laachachi1, F. Hassouna1, V. Placet2, N. Bahlouli3

1 Centre de Recherche Public Henri Tudor, Department of Advanced Materials and Structures

66 rue de Luxembourg, L-4221 Esch s/ Alzette 2 Département de Mécanique Appliquée – Institut FEMTO-ST – UMR CNRS 6174

Université de Franche-Comté – F - 25000 BESANCON CEDEX 3 Institut de Mécanique des Fluides et des Solides (IMFS)

CNRS : UMR7507 – Université Louis Pasteur - Strasbourg

Les fibres naturelles sont biodégradables et se caractérisent par un faible coût, une faible densité, et une grande rigidité. Par exemple, le module élastique de certaines fibres naturelles telles que le chanvre ou le lin est comparable à celui des fibres de verre (70-80 GPa). Ainsi, l’utilisation de fibres naturelles comme renfort pour les thermoplastiques suscite un intérêt de plus en plus croissant dans le secteur académique et/ou industriel afin de remplacer les renforts traditionnels. Le bilan en CO2 se retrouve ainsi diminué, tout en conservant les propriétés mécaniques du matériau de référence. Le développement de ces nouveaux composites est orienté principalement vers le secteur automobile et le bâtiment. Cependant, une demande de plus en plus forte prend naissance dans le secteur de l’aviation et du nautisme. Ces derniers exigent des matériaux de très hautes performances mécaniques (fatigue, impact) et ce, avec une bonne résistance au vieillissement (UV, humidité). Pour ces applications exigeantes, aucune formulation de composites thermoplastiques/fibres naturelles ne permet de répondre à l’heure actuelle au cahier des charges. Dans ce travail qui débute, nous cherchons à identifier les verrous structuraux, physiques et chimiques de ces composites ne permettant pas d’atteindre une haute résistance mécanique et au vieillissement. Pour cela, des composites PEHD/fibres de lin ou chanvre (courtes et longues) sont produits et caractérisés en temps réel au cours de sollicitations mécaniques et environnementales. Notre attention sera particulièrement portée sur l’interface matrice/fibre du matériau.

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℘Résumés des posters℘

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Liste des posters Synthesis of dendrimers and polymers with tunable hydrophobic properties and topology: plant cell wall mimetics for in vitro lignification modeling Allais Florent ; Lancelot Alexandre ; Mazeau Karim ; Méry Stéphane and Ducrot Paul-Henri UMR1318 IJPB, INRA Centre de Versailles Relations procédé/structure/propriétés de fibres nano-biocomposites de poly(acide lactique) obtenues par voie fondue. M. Griffon, E. Pollet, L. Avérous LIPHT-ECPM, EAc(CNRS) 4379 Elaboration de copolymères à base de polysaccharides et d’acide polylactique par « click chemistry » Mélanie Legros1, Jérôme Babin1, Jean-Luc Six1, Frantz Deschamps3, Laurent Grossin2, Michèle Léonard1 1 UMR CNRS-INPL 7568 ENSIC Nancy, 2 UMR 7561 CNRS Vandoeuvre, 3 Separex Champigneulles Synthèse par ATRP d’un nouveau constituant pour polymersomes Khalid Ferji, Cécile Nouvel, Jérôme Babin, Jean-luc Six Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire UMR CNRS-INPL 7568 ATRP controlée d’ologo(éthylèneglycol)s. Obtention de polymères thermosensibles Hicham Qayouh, Cécile Nouvel, Jérôme Babin, Mustapha Raihane, Mohammed Lahcini1, Jean-luc Six Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire UMR CNRS-INPL 7568. Laboratoire de Chimie Bioorganique et Macromoléculaire, Faculté des sciences et Techniques, Marrakech. Cyclodextrines réticulées pour traiter des eaux industrielles : abattement chimique et gain environnemental Grégorio Crini1, Jérémie Charles1, Bertrand Sancey1, Giuseppe Trunfio1, Nadia Crini1, François Degiorgi1, Pierre-Marie Badot1, Michaël Rietmann2, Michel de Carvalho2, Albert Colin2, Sophie Gavoille3, Corina Bradu4, Ion Udrea4, Cristina Gardini5, Cesare Cosentino5, Giorgio Eisele5, Sabrina Bertini5, Annamaria Naggi5 et Giangiacomo Torri5 1 :CNRS-Université de Franche-Comté / UMR 6249 Chrono-environnment usc INRA, 2 :Electrolyse Abbaye d’Acey, 3 : Agence de l’Eau Rhône-Méditerranée-Corse, Délégation de Besançon, Le Cadran.; 4 :Université de Bucarest, Centre de Recherche pour la Protection de l’Environnement et la Gestion des Déchets, Roumanie ; 5 :Institut de Chimie et Biochimie G. Ronzoni, Italie Objet de dimension nano/micrométrique et matrice polymère : effet de la taille du solide sur l’adsoption S. Dupin, D Schwartz, B. Haidar Institut de science des matériaux de Mulhouse Copolymères biorésorbables pour endoprothèses : synthèses et caractérisation Charlotte Duval1, Cécile Nouvel1, Jérôme Babin1, Etienne Malher2, Rachid Rahouadj3, Jean-Luc Six1 1 Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire, UMR 7568, Nancy-Université, CNRS, ENSIC, France 2 MS Techniques, Pompey.3 Laboratoire d’Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée, UMR 7563, Nancy-Université, CNRS, ENSEM, Vandoeuvre lès Nancy.

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Effets des ultrasons sur les propriétés de films électropolymérisés : application aux capteurs potentiométriques. Abdeslam Et-Taouil, Fabrice Lallemand, Jean-Marie Melot, Jérôme Husson, Boris, Lakard, Jean-Yves Hihn Institut UTINAM -UMR CNRS 6213 Chitosane supporté sur silice colloïdales : vers de nouveaux matériaux dépolluants R.Singhon, M. Euvrard, J. Husson, M. Knorr. Institut UTINAM - UMR CNRS 6213 Nanotubes auto-assemblés comme gabarits pour la synthèse de matériaux polymères mésoporeux et catalytiques. Ali Khan, Thanh-Tam T. Nguyen, Marc Schmutz, Philippe Mésini Institut Charles Sadron Modification de l’amidon par greffage de dérivés aromatiques sous rayonnement ionisant D. Khandal1 ,C. Bliard1 ,X. Coqueret1, P. Y. Mikus2, P. Dole2, D. Zheng3, S. Baumberger3, J. Soulestin4, M.F. Lacrampe4 1)ICMR, UMR CNRS 6229, 2)FARE, UMR INRA, Université de Reims Champagne Ardenne 3)UMR 206 Chimie Biologique - AgroParisTech INRA, Thiverval-Grignon 4) DTPCIM - Ecole des Mines de Douai Caractérisation nano-structurale de réseaux polymérisés sous rayonnement M. Krzeminski,a,* X. Coqueret,a M. Molinari,b et M. Troyonb a Institut de Chimie Moléculaire de Reims CNRS UMR 6229, Université de Reims Champagne Ardenne b Laboratoire de Microscopies et d'Etude de Nanostructures, EA 3799, Université de Reims Champagne Ardenne Nanoparticules polymères pour la vectorisation d’un peptide inhibiteur de la protéase du VIH-1 Maxime Laville1, Michèle Reboud-Ravaux2, Laure Dufau2, Emmanuelle Marie-Begue1, Jean-Luc Six1, Régis Vanderesse1, Michèle Léonard1 1 LCPM-ENSIC, 2 UR4-UPMC, EMF. Nanoparticules à base de PLA et de compolymères dextrane-g-PLA obtenues par nano précipitation ou par émulsion/évaporation Michèle Léonard, Cécile Gavory, Cécile Nouvel, Jean Raynaud, Emmanuelle Marie, Jérôme Babin, Edith Dellacherie, Alain Durand, Jean-Luc Six Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire, UMR 7568 CNRS-INPL, Nancy Effect of Chitosan swelling on the microstructure of its blends with Poly(ε-caprolactone) obtained by conventional melt processing Verónica P. Martino, Eric Pollet, Luc Avérous. ECPM-LIPHT, EAc (CNRS) 4379, Université de Strasbourg Elaboration de nanoparticules recouvertes de dérivés amphiphiles de hyaluronate de sodium en vue de l’adressage cellulaire de principes actifs après injection intra articulaire Zille Hervé1,2, Léonard Michèle1, Six Jean Luc1, Gillet Pierre2, Grossin Laurent2. 1, Laboratoire de Chimie-Physique Macromoléculaire, UMR CNRS-INPL 7568 ENSIC, Nancy, 2, Physiopathologie, Pharmacologie et Ingénierie Articulaires, UMR 7561 CNRS UHP, Nancy

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Synthesis of dendrimers and polymers with tunable hydrophobic properties and topology: plant cell wall mimetics for in vitro lignification modeling

Allais* Florent ; Lancelot Alexandre ; Mazeau Karim ; Méry Stéphane and Ducrot* Paul-Henri

UMR1318 IJPB

INRA Centre de Versailles Bâtiment 1

Route de Saint-Cyr 78026 Versailles Cedex

Lignin is a complex biopolymer. It is covalently linked to hemicellulose and thereby crosslinks different plant polysaccharides, conferring mechanical strength to the cell wall and by extension the plant as a whole. There are three monolignol monomers, methoxylated to various degrees: p-coumaryl alcohol, coniferyl alcohol, and sinapyl alcohol (Figure 1). The polymerization step, that is supposed to be a radical-radical coupling, is catalyzed by oxidative enzymes. Both peroxidase and laccase enzymes are present in the plant cell walls, but it is not known whether one or both of these groups participates in the polymerization. Due to the electron delocalization that provides single-electron density to sites around the aromatic ring and to the conjugated side-chain β-position (Figure 1), there are not one but 5 possibilities for bond formation when 2 radicals react together (β-O-4, β-β, 5-5, β-5 and 4-O-5). Of the 5 bonding patterns, only one is weak enough to be cleaved easily (phenylether linkage) under mild conditions, the others are too strong to be degraded. Therefore, the ratio of β-O-4 bonds in lignin is directly linked to its degradability properties. The question now is: what factor(s) govern(s) the ratio of β-O-4 bonds? This problem remains unsolved….

Figure 1

The underlying mechanisms by which lignin restricts degradability of plant cell walls are

poorly understood. The determination of the interactions between cell wall and growing lignin is therefore of considerable interest for the understanding of the structure of the polymeric lignins and their physicochemical properties and also for the determination of the main features related to lignin degradation in the prospect of a better use of the lignocellulosic biomass for green chemistry. The target of this project is to access the precise nature of the interactions between cell wall and lignin and their effects on the growth of the polymer (3D-structure, physicochemical properties…). This

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sinapylic alcohol

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Monolignols

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αβ

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5

6

γ

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β-O-4β-β

5-5

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project lies on the synthesis of two types of supramolecular structures (globular-shaped dendrimers and worm-shaped dendronized polymers) to mime cell wall and serve as support (matrix) for DHP (dehydrogenase polymer) lignification (Figure 2).

Figure 2 General scheme for cell wall mimes

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Relations procédé/structure/propriétés de fibres nano-biocomposites de poly(acide lactique) obtenues par voie fondue.

M. Griffon, E. Pollet, L. Avérous

LIPHT-ECPM, EAc(cnrs) 4379,

Université de Strasbourg, 25 rue Becquerel, 67087 Strasbourg Cedex 2, France Tel. +33 368852784 - Fax. +33 368852716 - E-mail: luc.averous@unistra.fr

Le poly(acide lactique) (PLA) est un polymère biocompatible et biodégradable qui est principalement obtenu à partir de ressources renouvelables. Initialement utilisé en tant que biomatériau, pour les fils de sutures notamment, l’amélioration des techniques de synthèse a permis de diminuer les coûts de production et ainsi d’étendre le domaine d’application de ce polymère à d’autres secteurs comme l’emballage ou le textile.

Les fibres synthétiques peuvent être fabriquées par voie fondue, par voie solvant ou encore par électrospinning [1]. Les premiers filaments nanocomposites ont été réalisés par Bourbigot et al. par extrusion-filage-étirage d’un mélange de PA 6 et d'une nanocharge argileuse (de type montmorillonite) [2] et Solarski et al. ont produit les premières fibres nanocomposites à base de PLA et de montmorillonite [3].

Les monofilaments produits et caractérisés dans le cadre de nos travaux ont été obtenus en deux étapes : une étape d’extrusion filage et une étape d’étirage à chaud. Les fibres obtenues ont un diamètre compris entre 100 et 200 µm pour des taux d’étirage compris entre 1 et 3,4.

Cette étude vise à déterminer l’influence de certains paramètres, comme la température ou encore le taux d’étirage, sur la structure et les propriétés des fibres de PLA et celles de PLA chargé à 3% d'une montmorillonite organo-modifiée (Benathix). L’utilisation de la DSC modulée a notamment permis de mettre en évidence l’augmentation de la cristallinité et de la température de transition vitreuse ainsi que la diminution de la température de cristallisation froide des fibres lorsque le taux d’étirage augmente.

Les analyses par diffraction des rayons X des fibres (WAXS & SAXS) ont notamment permis de déterminer l’épaisseur des lamelles cristallines à partir de l’équation de Scherrer. La taille des cristaux diminue fortement lorsque le taux d’étirage est compris entre 1,2 et 2,6 puis elle se stabilise. La présence de la nanocharge argileuse ne modifie pas radicalement les propriétés du matériau mais le taux de cristallinité maximum des fibres chargées est inférieur à celui de fibres de PLA. De même, une brusque augmentation de la Tg s'observe à des températures plus faibles en l’absence de nanocharge.

Références : 1. Gupta, B., N. Revagade, and J. Hilborn, Poly(lactic acid) fiber: An overview. Progress in Polymer

Science, 2007. 32(4): p. 455-482. 2. Bourbigot, S., E. Devaux, and X. Flambard, Flammability of polyamide-6/clay hybrid nanocomposite

textiles. Polymer Degradation and Stability, 2002. 75(2): p. 397-402. 3. Solarski, S., et al., Designing polylactide/clay nanocomposites for textile applications: Effect of

processing conditions, spinning, and characterization. Journal of Applied Polymer Science, 2008. 109(2): p. 841-851.

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Elaboration de copolymères à base de polysaccharides et d’acide polylactique par « click chemistry »

Mélanie Legros1, Jérôme Babin1, Jean-Luc Six1, Frantz Deschamps3,

Laurent Grossin2, Michèle Léonard1

1 UMR CNRS-INPL 7568 ENSIC Nancy, 2 UMR 7561 CNRS Vandoeuvre, 3 Separex Champigneulles

Les nanoparticules peuvent avoir de nombreuses applications dans des domaines aussi variés que la médecine, l’industrie cosmétique ou agroalimentaire. Les nanoparticules auxquelles nous nous intéressons sont préparées par émulsion simple h/e ou double émulsion e/h/e selon la nature du principe actif à encapsuler. Le cœur des nanoparticules est composé d’acide polylactique, stabilisé en surface par le polymère tensio-actif ajouté dans la phase aqueuse externe de l’émulsion. Jusqu’à présent, les polymères tensio-actifs que nous avons utilisés sont constitués de polysaccharides sur lesquels sont greffées des chaînes alkyles plus ou moins longues, permettant l’ancrage du polymère à la surface des nanoparticules. Toutefois, les interactions mises en jeu sont relativement faibles et le polymère se désorbe en présence de molécules plus ou moins hydrophobes telles que les protéines contenues dans les fluides biologiques.

Afin de pallier cet inconvénient, nous nous sommes intéressés à l’élaboration de copolymères à base de polysaccharides sur lesquels sont greffés par « click chemistry » des chaînes d’acide polylactique plus ou moins longues et en proportion plus ou moins importante. L’objectif visé est d’obtenir un meilleur ancrage du polymère dans le cœur PLA des nanoparticules, et donc une meilleure stabilité dans les milieux biologiques.

Les premiers copolymères que nous avons synthétisés sont des copolymères modèles à base de dextrane ou d’alginate. A terme, l’objectif visé concerne la synthèse de copolymères à base d’acide hyaluronique pour la préparation de vecteurs destinés au traitement des pathologies du cartilage. L’acide hyaluronique est en effet un polysaccharide naturellement présent au niveau des articulations et capable d’interagir spécifiquement avec les chondrocytes, ce qui devrait permettre un ciblage thérapeutique de principes actifs vers le cartilage défectueux.

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Synthèse par ATRP d’un nouveau constituant pour polymersomes

Khalid Ferji, Cécile Nouvel, Jérôme Babin, Jean-luc Six*

Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire UMR CNRS-INPL 7568, ENSIC, 1 rue Grandville, BP 20451, 54001 NANCY cedex

E-mail: jean-luc.six@ensic.inpl-nancy.fr

Depuis plusieurs années, le LCPM s'est spécialisé dans la synthèse de glycopolymères

greffés amphiphiles aux paramètres contrôlés. Ces glycopolymères sont constitués d'une dorsale hydrophile polysaccharide (amylose1 ou dextrane2-3) et de greffons hydrophobes polylactide2 ou poly(méthacrylate de méthyle)3. Ces glycopolymères amphiphiles possèdent la faculté de s'auto-organiser en surface ou aux interfaces liquide/liquide4 et peuvent être utilisés pour formuler des nanoparticules5 susceptibles de vectoriser des médicaments.

Le but de ce travail consiste à obtenir un nouveau glycopolymère qui pourra être employé pour formuler des polymersomes. Les polymersomes sont des équivalents macromoléculaires plus stables aux liposomes et peuvent également vectoriser des principes actifs. Dans notre cas, ils seront obtenus à partir d’un nouveau glycopolymère greffé (dex-g-PACh) amphiphile, biocompatible et biodégradable, composé d’un tronc hydrophile (dextrane) et des greffés hydrophobe (polyacrylate de Cholestéroyle). L’approche « grafting from » a été sélectionnée pour élaborer ces glycopolymères. Plus précisément, la Polymérisation Radicalaire par Transfert d’Atome (ATRP) de l’acrylate de cholesteroyle (ACh) sera menée à partir d’un dextrane modifié utilisé comme macroamorceur. Les groupements amorceurs ont été fixés sur le dextrane après une protection partielle par acétylation de ses fonctions alcool. Les conditions opératoires efficaces permettant l’obtention d’un bon contrôle des masses molaires ont tout d'abord été mises au point en effectuant l’homopolymérisation par ATRP du monomère ACh par un amorceur modèle EiBr dans différents solvants (THF, Toluène) avec différents ligands (PMDETA, n-Pr-PMI). Un bon contrôle des masses molaires est traduit par un faible indice de polymolécularité. L’analyse des produits obtenus a été réalisée par différentes techniques de caractérisation : RMN 1H, et SEC-MALLS.

Références 1) "Biodegradable amylose-g-PLA glycopolymers from renewable resources" Ouhib, R., Renault, B., Mouaziz,

H., Nouvel, C., Dellacherie, E., Six, J.-L. Carbohydrate Polymers 2009, 77, 32-40 2) "Controlled synthesis of amphiphilic biodegradable polylactide-grafted dextran copolymers" Nouvel, C.,

Dubois, P., Dellacherie, E., Six, J.-L, Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry 2004, 42, 2577-2588 3) "PMMA-grafted dextran glycopolymers by atom transfer radical polymerization" Dupayage, L., Save, M.,

Dellacherie, E., Nouvel, C., Six, J.-L, Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry 2008, 46, 7606-7620 4) "Polylactide-grafted dextrans: Synthesis and properties at interfaces and in solution" Nouvel, C., Frochot,

C., Sadtler, V., Dubois, P., Dellacherie, E., Six, J.-L. Macromolecules 2004, 37, 4981-4988. "Emulsifying properties of biodegradable polylactide-grafted dextran copolymers" Raynaud, J., Choquenet, B., Marie, E., Dellacherie, E., Nouvel, C., Six, J.-L., Durand, A. Biomacromolecules 2008, 9, 1014-1021. "Application of amphiphilic polysaccharides as stabilizers in direct and inverse free-radical miniemulsion polymerization" Rotureau, E., Raynaud, J., Choquenet, B., Marie, E., Nouvel, C., Six, J.-L., Dellacherie, E., Durand, A. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2008, 331, 84-90

5) "Biodegradable nanoparticles made from polylactide-grafted dextran copolymers" Nouvel, C., Raynaud, J., Marie, E., Dellacherie, E., Six, J.-L., Durand, A. Journal of Colloid and Interface Science 2009, 330, 337-343

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ATRP controlée d’ologo(éthylèneglycol)s. Obtention de polymères thermosensibles

Hicham Qayouh, Cécile Nouvel, Jérôme Babin,

Mustapha Raihane1, Mohammed Lahcini1, Jean-luc Six*

Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire UMR CNRS-INPL 7568, ENSIC, 1 rue Grandville, BP 20451, 54001 NANCY cedex

1 : Laboratoire de Chimie Bioorganique et Macromoléculaire, Faculté des sciences et Techniques, Gueliz, Av. A. Khattabi, BP 549, 40000 Marrakech, MAROC

Jean-Luc.Six@ensic.inpl-nancy.fr

Ces dernières années, le LCPM a appliqué la polymérisation radicalaire par transfert d'atomes (ATRP) du méthacrylate de méthyle à l'obtention de glycopolymères amphiphiles dextrane-g-PMMA1. Depuis nous étudions l'ATRP d'autres monomères. En collaboration avec nos partenaires Marocains, l'ATRP de méthacrylates porteurs d'oligo(éthylène glycol) de différentes longueurs a été étudiée. 3 méthacrylates différents ont été sélectionnés et leur ATRP a été menée en solution dans le toluène à 70°C à partir de 2 amorceurs différents (EiBr et HEBI). Plusieurs conditions opératoires ont tout d'abord été testées avec le MEO2MA afin de sélectionner les conditions adéquates au contrôle de l'ATRP de ces 3 monomères. Le complexe CuBr/n-Pr-PMI est alors utilisé comme catalyseur avec ou sans introduction initiale d’une faible quantité de CuBr2. Lorsque CuBr2 est additionné au milieu réactionnel, une période d'induction est observée, sans que cela ne perturbe l'évolution linéaire du ln(1/(1-conversion)) en fonction du temps. L'évolution des masses molaires en fonction de la conversion est également linéaire. Ceci laisse à penser que l'ATRP du MEO2MA est contrôlée. Il est cependant nécessaire d'étudier avec attention les chromatogrammes SEC. La présence de couplage intermoléculaire apparaît de façon significative dès 3 h de polymérisation (46 % conversion). En d'autres termes, le contrôle de l'ATRP du MEO2MA est possible dans ces conditions, en prenant soin de ne pas dépasser cette conversion limite. Les conditions opératoires sélectionnées ont été appliquées au MEO5MA et au MEO9MA. Les ATRP de ces deux monomères sont également contrôlées, à conditions de s'arrêter à 30 % de conversion. Le caractère thermosensible de ces produits a été étudié. Le PEO2MA demeure soluble dans l'eau jusqu'à 27 °C (LCST). Au-delà de cette température, il devient insoluble dans l'eau. Les LCST du PEO5MA et du PEO9MA sont respectivement de 65 °C et de 92 °C.

N

N

O

O

MeMe

BrO

O

MeMe

BrOH

(N-Pr-PMI)N-(n-propyl)-2-pyridylméthanimine2-bromoisobutanoate de 2-hydroxyéthyle2-bromoisobutanoate d'éthyle

(EBIB) (HEBI)

O O

On

MEOnMA

Référence : 1) "PMMA-grafted dextran glycopolymers by atom transfer radical polymerization" Dupayage, L., Save, M.,

Dellacherie, E., Nouvel, C., Six, J.-L, Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry 2008, 46, 7606-7620

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Cyclodextrines réticulées pour traiter des eaux industrielles : abattement chimique et gain environnemental

Grégorio Crini1, Jérémie Charles1, Bertrand Sancey1, Giuseppe Trunfio1, Nadia Crini1, François Degiorgi1, Pierre-Marie Badot1, Michaël Rietmann2, Michel de Carvalho2, Albert Colin2, Sophie

Gavoille3, Corina Bradu4, Ion Udrea4, Cristina Gardini5, Cesare Cosentino5, Giorgio Eisele5, Sabrina Bertini5, Annamaria Naggi5 et Giangiacomo Torri5

1 :CNRS-Université de Franche-Comté / UMR 6249 Chrono-environnment usc INRA, Place Leclerc, 25030 Besançon cedex ; 2 :Electrolyse Abbaye d’Acey, 39350 Vitreux ; 3 : Agence de l’Eau Rhône-Méditerranée-Corse, Délégation de Besançon, Le Cadran. 34 rue de la Corvée, 25000 Besançon ; 4 :Université de Bucarest, Centre de Recherche pour la

Protection de l’Environnement et la Gestion des Déchets 90 Panduri, 76235, Bucarest-5, Roumanie ; 5 :Institut de Chimie et Biochimie G. Ronzoni, 81 via G. Colombo, 20133, Milano, Italie

[Auteur correspondant : G. Crini (gregorio.crini@univ-fcomte.fr)] Les eaux usées des filières du traitement de surface sont caractérisées par la présence de nombreux métaux (Zn, Cu, Ni, Cr, Al, Ag…), d’une forte charge organique mesurée par le paramètre DCO, et d’autres substances comme le fluor, le bore ou encore des cyanures. Or, il est connu que les traitements conventionnels comme l’insolubilisation chimique des métaux, l’adsorption de la DCO sur charbons actifs ou la chélation des métaux sur résines échangeuses d’ions ne permettent pas d’abattre à la fois ces différentes charges polluantes. De plus, ces méthodes présentent de nombreux inconvénients tels que leur coût d’utilisation (maintenance, régénération) et des problèmes de saturation rapide. Dans le cadre du 9ème programme de l’Agence de l’Eau (2007-2012) sur la lutte contre la pollution et la protection des ressources en eau, les industriels doivent néanmoins proposer de nouvelles solutions pour limiter au maximum leur rejet et ainsi tendre vers le bon état des milieux aquatiques. Pour abattre à la fois les métaux et la DCO présents dans un effluent, nous proposons d’utiliser un réseau macromoléculaire à base de cyclodextrines (CDs) modifiées. Ce type de matériau est facilement obtenu par des réactions classiques en milieu alcalin. Le système adsorbant à base de CDs est capable de complexer à la fois la charge organique par formation de complexes d’inclusion due à la présence des cavités de CDs et les métaux par chélation en raison de la présence de ligands à la surface des particules. Ce type de traitement permet ainsi de tendre vers le rejet zéro liquide. De plus, il est possible de relier l’efficacité chimique du système proposé à la toxicité du rejet traité. En effet, des tests de germination et de croissance réalisés sur des laitues ont mis en évidence un gain environnemental après décontamination sur cyclodextrines modifiées. Ces recherches sont financées par l’Agence de l’Eau dans le cadre du programme de recherche METALDEX (2009-2011) et également soutenues par la Région et l’université de Franche-Comté dans le cadre d’un partenariat italo-franco-roumain.

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Copolymères biorésorbables pour endoprothèses : synthèses et caractérisation

Charlotte Duval1, Cécile Nouvel1, Jérôme Babin1, Etienne Malher2, Rachid Rahouadj3, Jean-Luc Six1

1 Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire, UMR 7568, Nancy-Université, CNRS, ENSIC, 1 rue Grandville, B.P. 20451, F-54001 Nancy, France

2 MS Techniques, boulevard de la Moselle, 54340 Pompey 3 Laboratoire d’Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée, UMR 7563, Nancy-Université, CNRS, ENSEM, 2

avenue de la Forêt de Haye, B.P. 160, F-54504 Vandoeuvre lès Nancy, France L’objectif de ce travail consiste à élaborer un copolymère biodégradable dans le but de développer une endoprothèse biorésorbable. Le copolymère choisi doit présenter les caractéristiques adéquates, aussi bien en termes de propriétés mécaniques qu’en termes de vitesse de dégradation, afin de répondre au cahier des charges de l’application visée. Dans un premier temps, l’étude de la copolymérisation par ouverture de cycle du D,L-lactide et du glycolide a permis d’établir les conditions opératoires permettant un bon contrôle des paramètres macromoléculaires, puis de déterminer les rapports de réactivité de chacun des monomères. Par la suite, nous avons comparé la réactivité de trois catalyseurs différents. Dans un deuxième temps, les copolymères ont été extrudés avec ou sans plastifiant sous forme de joncs de diamètre variant entre 0,6 et 1 mm, afin d’en étudier les propriétés mécaniques. Des essais de traction ont montré que le matériau est disperse, ce qui nous a conduit à utiliser l’analyse statistique de Weibull. Les résultats indiquent un comportement viscoplastique du matériau qu’il soit plastifié ou non. Par ailleurs, le copolymère plastifié est plus fragile que le copolymère non plastifié car il présente un plus grand nombre de défauts. Enfin, la cinétique de dégradation en milieu aqueux tamponnée a été suivie sur des joncs de copolymère plastifiés par du lactide ou de l’aspirine ou non plastifiés. Les résultats révèlent une dégradation de type hétérogène avec formation d’une structure creuse. De plus, l’emploi de plastifiants lors de l’extrusion permet d’accélérer la cinétique de dégradation et d’atteindre des durées de vie du matériau en accord avec le cahier des charges de l’application visée.

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Effets des ultrasons sur les propriétés de films électropolymérisés : application aux capteurs potentiométriques.

Abdeslam ET-TAOUIL, Fabrice LALLEMAND, Jean-Marie MELOT, Jérôme HUSSON, Boris

LAKARD, Jean-Yves HIHN

Institut UTINAM -UMR CNRS 6213 16 Route de Gray –F 25030 Besançon cedex

Abdeslam.et_taouil@univ-fcomte.fr

Au cours des dernières années, les électrodes recouvertes, par voie électrochimique, par un film polymère ont suscité un engouement croissant dans le domaine des capteurs chimiques et biochimiques. C’est le cas des capteurs de pH potentiométriques qui utilisent les atomes d’azote ou d’oxygène présents dans des polymères pour détecter des variations de pH. Ces électrodes sont intéressantes en vue d’applications cliniques et biologiques comme l’analyse in vivo dans la mesure où elles sont, contrairement aux électrodes de pH traditionnelles, miniaturisables tout en étant biocompatibles si les polymères choisis le sont également [1]. Des études précédentes ont démontré que les capteurs de pH utilisant des films polymères de polypyrrole [2-4] comme éléments ransducteurs déposés sur des surfaces d’électrodes révèlent un domaine linéaire aux variations de pH dans un domaine allant de pH 3 à pH 10. De plus, les réponses de ces électrodes sont réversibles et stables dans le temps durant au moins 30 jours. Afin d’améliorer encore les propriétés des films de polypyrrole électrodéposés, nous avons travaillé sur la fonctionnalisation des monomères du pyrrole. Deux monomères ont été envisagés le Nundecylpyrrole (Pyrrole-(CH2)10-CH3) et l’acide 11-Npyrrolylundecanoique (Pyrrole-(CH2)10-COOH). Grâce à la présence de la fonction carboxylique en surface des films, il est possible d’imaginer que la réponse de cette électrode ainsi modifiée présentera une dépendance au pH. C’est pourquoi, afin d’évaluer l’importance de cette fonction, nous avons comparé les résultats obtenus à ceux modifié par une chaîne alkyle uniquement [5]. Les réponses potentiométriques obtenues avec les films élaborés avec l’acide 11-Npyrrolylundecanoique sont linéaires dans un domaine étendu de pH, parfaitement réversible et stable dans le temps. Des films élaborés sous irradiation ultrasonores ont également été testés. Références: [1] B. Lakard, G. Herlem, M. de Labachelerie, W. Daniau, G. Martin, J.-C. Jeannot, L. Robert, B. Fahys Biosensors and Bioelectronics 19 (2004) 595–606. [2] B. Lakard, G. Herlem, S. Lakard, R. Guyetant, B. Fahys, Polymer 46 (2005) 12233-12239. [3] B.Lakard, O. Segut, S. Lakard, G. Herlem, T. Gharbi Sensors and Actuators B: Chemical, Vol. 122, Issue 1, 2007, 101-108. [4] S. Carquigny, O. Segut, B. Lakard, F. Lallemand, P. Fievet, Synthetic Metals, vol. 158, issue 11, 2008, 453-461. [5] A. Et Taouil, F. Lallemand, J.M. Melot, J. Husson, J.Y.Hihn, B. Lakard, Synthetic Metals, vol 160 (8-9), 2010, 1073-1080.

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Chitosane supporté sur silice colloïdales : vers de nouveaux matériaux dépolluants

R.Singhon, M. Euvrard, J. Husson, M. Knorr

Institut UTINAM - UMR CNRS 6213

Équipe Matériaux et Surfaces Structurés Université de Franche-Comté Besançon

UFR des Sciences et Techniques 16 Route de Gray - La Bouloie - Bâtiment N

25030 BESANCON CEDEX Contacts : jerome.husson @univ-fcomte.fr, myriam.euvrard@univ-fcomte.fr

Les nanoparticules et microparticules ouvrent des potentialités d’application dans de nombreux secteurs industriels (chimie, environnement, pharmacie...) et permettent d’envisager de façon réaliste la formulation de nouveaux matériaux aux fonctionnalités plus performantes voire innovantes. Dans ce cadre, nous développons des travaux de recherche portant sur la synthèse et la caractérisation de nanomatériaux composites. Il s’agit d’oxydes colloïdaux sur lesquels sont supportés des biopolymères en vue de la complexation d’éléments traces métalliques présents en solution aqueuse. Le cœur des particules est constitué de silice qui présente une bonne réactivité de surface grâce à la présence de groupements silanols permettant l’adsorption d’un biopolymère, le chitosane, par des interactions électrostatiques fortes. Ce biopolymère cationique est intéressant de par la présence de groupements amine qui lui confèrent des propriétés chélatantes vis-à-vis d’éléments traces métalliques. Des chitosanes présentant des poids moléculaires et des degrés de déacétylation variables ont été étudiés. Les caractéristiques des composites sont définies par leur morphologie de surface, par spectroscopie infrarouge (IR) et par mesure de leurs surfaces spécifiques. Leurs propriétés en solution aqueuse sont suivies par des mesures de pH, conductivité et potentiel zêta. Par ailleurs, la rétention d’ions cuivriques par ces composites est en cours d’étude. Les capacités d’adsorption sont étudiées à partir des isothermes de Freundlich et de Langmuir ainsi que les cinétiques d’adsorption. Comparés à des travaux antérieurs, ces nouveaux matériaux «verts» présentent des capacités d’adsorption intéressantes et fortement dépendantes du degré de déacétylation. Le traitement d’effluents par adsorption d’espèces métalliques sur ce composite chitosane/silice colloïdale constituera une des applications de ces travaux de recherche.

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Nanotubes auto-assemblés comme gabarits pour la synthèse de matériaux polymères mésoporeux et catalytiques.

Ali Khan, Thanh-Tam T. Nguyen, Marc Schmutz, Philippe Mésini

Institut Charles Sadron, 23 rue du Loess, BP 84047, 67034 Strasbourg Cedex 2

ali.khan-niaz@ics-cnrs.unistra.fr

Nous avons montré[1] que le BHPB (3,5-Bis-(5-hexylcarbamoyl-pentyloxy)-benzoic acid decyl ester) s'auto-assemble dans les solvants peu polaires pour former des nanotubes de plusieurs microns de long et de 30 nm de diamètre. La formation de ces nanotubes est thermoréversible; elle est assurée par des liaisons non-covalentes telles que des liaisons H entre les groupes amides ou des interactions p-p entre les noyaux aromatiques, comme le montrent des études spectroscopiques.[1] Le BHPB peut également former des nanotubes dans certains monomères. En particulier, dans l’éthylèneglycol diacrylate (EGDA) on obtient des rubans hélicoïdaux à faible concentration et des nanotubes lorsque la concentration augmente. Le monomère est ensuite photopolymérisé pour former une résine contenant les objets auto-assemblés. Ces derniers peuvent alors être redissous en utilisant un solvant dissociant les liaisons H. La structure de la résine obtenue a été étudiée par microscopie électronique et par des reconstructions tomographiques sur des sections minces. Ces tomogrammes montrent que la résine contient des pores qui sont la réplique des nanotubes utilisés pour l'empreinte avec une bonne résolution[2]. En particulier, il est possible d’obtenir des mésopores hélicoïdaux qui moulent les rubans auto-assemblés. A plus hautes concentrations en gabarits, on obtient des résines ayant des pores cylindriques. Des mesures de porosimétrie menées sur ces échantillons montrent que la distribution en taille de ces pores est étroite et que la taille moyenne est imposée par le diamètre des nanotubes utilisés. On obtient un matériau dont la porosité et la taille des pores sont contrôlées. Nous avons également montré qu’une simple modification chimique de ce matériau permet de créer des fonctions catalytiques dans les pores. Nous avons testé l’activité catalytique de ces matériaux vis-à-vis de la réaction de condensation de Knoevanegel.

Références [1] N. Diaz; F.-X. Simon; M. Schmutz; M. Rawiso; G. Decher; J. Jestin; P. J. Mesini, Angew Chem Int Ed Engl 2005, 44, 3260-4. [2] F. X. Simon; N. S. Khelfallah; M. Schmutz; N. Diaz; P. J. Mesini, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 3788-3789.

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Modification de l’amidon par greffage de dérivés aromatiques sous rayonnement ionisant

D. Khandal1 ,C. Bliard1 ,X. Coqueret1, P. Y. Mikus2, P. Dole2, D. Zheng3, S. Baumberger3, J. Soulestin4, M.F. Lacrampe4

1)ICMR, UMR CNRS 6229, 2)FARE, UMR INRA,

Université de Reims Champagne Ardenne - 51687 Reims 3)UMR 206 Chimie Biologique - AgroParisTech INRA - 78850 Thiverval-Grignon

4) DTPCIM - Ecole des Mines de Douai- 59508 Douai

L'amidon peut être utilisé seul ou en combinaison avec d’autres composés pour élaborer des articles biodégradables à partir de ressources renouvelables. La lignine et ses dérivés sont bons candidats pour limiter la sensibilité d'eau des matériaux à base d’amidon, mais ils ne sont pas compatibles avec des polysaccharides. Le traitement sous faisceau d'électrons (EB) est proposé comme une méthode efficace pour induire les liaisons covalentes entre les deux constituants (amidon et lignine). En comparaison avec les mélanges de départ, les propriétés des mélanges irradiés montrent une réduction de l’hydrophilie, notamment à la surface des échantillons traités. La réactivité sous EB a été étudiée par des méthodes analytiques variées. Les spectrométries de masse ESI et MADLI-TOF nous ont permis de mettre en évidence la formation d’adduits et de proposer un mécanisme de greffage des alcools benzyliques et cinnamique sur les maltodextrines. De plus, le greffage de composés modèles de lignine sur l’amidon a montré son efficacité pour empêcher le phénomène rétrogradation avec la possibilité d’ajuster les propriétés mécaniques du matériau final.

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Caractérisation nano-structurale de réseaux polymérisés sous rayonnement

M. Krzeminski,a,* X. Coqueret,a M. Molinari,b et M. Troyonb

a Institut de Chimie Moléculaire de Reims CNRS UMR 6229, Université de Reims Champagne Ardenne, Moulin de la

Housse, BP 1039, 51687 Reims Cedex 2, b Laboratoire de Microscopies et d'Etude de Nanostructures, EA 3799, Université de Reims Champagne Ardenne, 21,

rue Clément Ader, BP 138, 51685 Reims Cedex 2 email : mickael.krzeminski@univ-reims.fr

Les polymérisations réticulantes de monomères multiacrylates amorcées sous rayonnement sont connues pour donner naissance à des réseaux très hétérogènes1. Des techniques de caractérisation physico-chimiques variées ont été décrites dans la littérature pour étudier la nature et les caractéristiques de ces hétérogénéités structurales2,3. Il est généralement admis que le réseau, élaboré par un processus de polymérisation radicalaire, se compose de microgels très réticulés inclus dans une matrice plus faiblement polymérisée4. Néanmoins, les études concernant la caractérisation du réseau aux différents états d’avancement de sa construction sont peu nombreuses. Nous avons utilisé la calorimétrie différentielle à balayage modulée en température (MDSC)5 pour étudier les hétérogénéités de structure dans les réseaux à base de diacrylates aromatiques polymérisés sous rayonnement au travers de leurs transitions thermodynamiques observables (transition vitreuse). En effet, alors que la polymérisation s’effectue dans un milieu où initialement un seul réactif est présent, deux relaxations se recouvrant partiellement ont pu être mises en évidence après polymérisation. Ces données expérimentales ont pu être décrites de façon satisfaisante par un modèle correspondant à un matériau bi-constituants. L’étude de la température de transition vitreuse de la phase relaxante ainsi que l’étendue de la zone de transition vitreuse a permis d’étayer le scénario de construction du réseau. Afin de conforter et de compléter les hypothèses issues de l’analyse par MDSC, la microscopie à force atomique (AFM) a été utilisée en mode semi-contact.6 Cette technique a permis d’obtenir une visualisation directe du réseau et d’observer la nucléation et l’évolution des microgels au cours de la polymérisation. Outre les informations qualitatives, l’analyse d’image nous a permis d’accéder à des grandeurs quantitatives comme la distribution en taille des microgels observés aux différents stades d’avancement de la formation du réseau polymère. Références : 1 Dusek, K, Angewandte Makromolekulare Chemie 1996, 240, 1-15 2 Kannurpatti, A. R.; Anseth, J. W., Bowman, C. N., Polymer, 1998, 39, 2507-2513 3 P. Ponsaud, B. Defoort, X. Coqueret, in: Proceedings of the International SAMPE Symposium and Exhibition, 50, 2005, 634–644 (2005) 4 Bowman, C. N.; Kloxin, C. J. AIChE Journal 2008, 54, 2775-2795 5 Krzeminski, M.; Molinari, M. Troyon, M.; Coqueret, X. Macromolecules 2010, 43, 3757-3763 6 Krzeminski, M.; Molinari, M. Troyon, M.; Coqueret, X. Macromolecules 2010, Submitted for publication

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Nanoparticules polymères pour la vectorisation d’un peptide inhibiteur de la protéase du VIH-1

Maxime Laville1, Michèle Reboud-Ravaux2, Laure Dufau2, Emmanuelle Marie-Begue1, Jean-Luc Six1, Régis Vanderesse1, Michèle Léonard1

1 LCPM-ENSIC, 1 rue Grandville, B.P. 20451, 54001 Nancy – maxime.laville@ensic.inpl-nancy.fr 2 UR4-UPMC, EMF, 7 quai St Bernard, 75252 Paris cedex 07

Depuis de nombreuses années, le Groupe Polymères et Matériaux de Spécialité du Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire, s’intéresse à l’élaboration de nanoparticules polymères biodégradables à vocation biomédicale. Il a ainsi acquis une grande expérience notamment dans l’élaboration et la caractérisation de nanoparticules à cœur hydrophobe d’acide polylactique (PLA) et à surface hydrophile. Cette surface est obtenue grâce à l’utilisation de tensioactifs biocompatibles dérivés de polysaccharides et synthétisés au laboratoire [1] [2] [3]. Dans la continuité de ces travaux, a été mis au point un protocole de synthèse d’un polymère amphiphile dérivé du dextrane. Des chaînes d’époxy-octane sont greffées à la chaîne principale de dextrane natif. La solubilité du dérivé obtenu dépend alors de son taux de substitution. Ces dextranes modifiés sont destinés à être employés comme stabilisant d’interfaces et au final, formeront une couche hydrophile à la surface des particules, permettant ainsi leur stabilité dans l’organisme. Dans un deuxième temps, deux procédés d’élaboration de nanoparticules ont été étudiés : la nanoprécipitation et l’émulsion-évaporation. Les particules ainsi créées ont été caractérisées par des mesures de taille par diffusion de lumière, de stabilité en milieu salin par densité optique et d’épaisseur de couche par potentiel Zêta. Enfin, ces procédés ont été exploités pour l’encapsulation d’un peptide inhibiteur de la protéase du virus du SIDA. En effet, les recherches de notre équipe (Régis Vanderesse) et l’équipe de M. Reboud-Ravaux, ont pu mettre en évidence que ce peptide était capable d’inhiber avec une très grande efficacité la protéase du VIH-1[4]. Ce peptide a pu être encapsulé via les procédés d’élaboration étudiés précédemment. Les premiers tests biologiques sont en cours à l’UPMC. En parallèle, les cinétiques de relargage et les taux d’encapsulation sont évalués au LCPM. Références : [1] Nouvel C., Raynaud J., Marie E., Dellacherie E., Six J.-L., Durand A. Biodegradable nanoparticles made from polylactide-grafted dextran copolymers, Journal of Colloid and Interface Science 330 (2009) 337-343 [2] Raynaud J., Choquenet B., Marie E., Dellacherie E., Nouvel C., Six J.-L., Durand A. Emulsifying Properties Of Biodegradable Polylactide-Grafted Dextran Copolymers, Biomacromolecules 9 (2008) 1014-1021 [3] Rouzes C., Leonard M., Durand A., Dellacherie E. Influence of polymeric surfactants on the properties of drug-loaded PLA nanospheres, Colloids and surfaces B: Biointerfaces 32 (2003) 125-135 [4] Bannwarth L., Rose T., Dufau L., Vanderesse R., Dumond J., Jamart-Gregoire B., Pannecouque C., De Clercq E., Reboud-Ravaux M. Dimer Disruption and Monomer Sequestration by Alkyl Tripeptides Are Successful Strategies for Inhibiting Wild-Type and Multidrug-Resistant Mutated HIV-1 Proteases, Biochemistry 48(2) (2009) 379-387

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Nanoparticules à base de PLA et de compolymères dextrane-g-PLA obtenues par nano précipitation ou par émulsion/évaporation

Michèle Léonard, Cécile Gavory, Cécile Nouvel, Jean Raynaud, Emmanuelle Marie, Jérôme

Babin, Edith Dellacherie, Alain Durand, Jean-Luc Six*

Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire, UMR 7568 CNRS-INPL, Nancy-Université, 1 rue Grandville, BP 20451, 54001 Nancy Cedex

* contact : jean-luc.six@ensic.inpl-nancy.fr Depuis plusieurs années, notre laboratoire a formulé des nanoparticules de polylactide (PLA) recouvertes de polysaccharide. Pour ce faire, divers polysaccharides amphiphiles hydrosolubles ont été employés comme stabilisants lors d’un procédé émulsion/évaporation de solvant1. Plus récemment, des nanoparticules dont le cœur est constitué de dextranes hydrophobisés par des chaînes alkyle ont été décrites2. Cependant, cette modification chimique ralentit nettement l’hydrolyse enzymatique du dextrane par la dextranase, enzyme naturellement présente dans le corps humain 2. Cette possibilité de moduler par exemple la polarité du cœur des nanoparticules à l’aide de polysaccharides hydrophobisés se heurte alors à la réduction de leur dégradation enzymatique. Nous avons alors envisagé l’utilisation de glycopolymères amphiphiles greffés associant un squelette dextrane et des greffons polylactide (Dextrane-g-PLA) pour constituer le cœur de nouvelles nanoparticules. Une stratégie de synthèse multi-étapes3 nous a permis de contrôler les paramètres structuraux de ces glycopolymères (nombre et longueur des greffons PLA). Selon leur rapport massique dextrane/PLA, les glycopolymères sont solubles soit dans l’eau, soit dans les solvants organiques4. Une autre particularité importante des Dextrane-g-PLA est de pouvoir limiter le nombre des greffons PLA et de faire varier à souhait leur longueur. Dans cette étude, des nanoparticules totalement biodégradables ont été préparées par le procédé émulsion/évaporation de solvant5 ou par nanoprécipitation. Le cœur des nanoparticules est constitué soit de PLA soit d’un mélange PLA/Dextrane-g-PLA organosoluble. Dans chaque cas, les caractéristiques des nanoparticules en terme de taille et de stabilité colloïdale ont été évaluées et le recouvrement hydrophile des nanoparticules a été vérifié : Dans le cas du procédé émulsion/évaporation, ce recouvrement hydrophile est assuré par des Dextrane-g-PLA hydrosolubles, utilisés comme stabilisant durant l’étape d’émulsification6.

Références : [1] Rouzes, C.; Leonard, M.; Durand, A.; Dellacherie, E. Colloids and Surfaces, B: 2003, 32, 125-135. [2] Aumelas, A.; Serrero, A.; Durand, A.; Dellacherie, E.; Léonard, M., Colloids and Surfaces: B 2007, 59, 74-80. [3] Nouvel, C.; Ydens, I.; Degée, P.; Dubois, P.; Dellacherie, E.; Six, J.-L., J. Polym. Sci.: Part A: Polym. Chem. 2004, 42, 2577- 2588. [4] Nouvel, C.; Frochot, C.; Sadtler, V.; Dubois, P.; Dellacherie, E.; Six, J.-L., Macromolecules 2004, 37, 4981-4988. [5] Nouvel C., Raynaud J., Marie E., Dellacherie E., Six J.-L., Durand A. J. Colloid Interf. Sci. 2009, 330, 337–343 [6]…Raynaud, J.; Choquenet, B.; Marie, E.; Dellacherie, E.; Nouvel, C.; Six, J.-L.; Durand, A. Biomacromolecules 2008, 9, 1014-1021

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Effect of Chitosan swelling on the microstructure of its blends with Poly(ε-caprolactone) obtained by conventional melt processing

Verónica P. Martino, Eric Pollet, Luc Avérous.

ECPM-LIPHT, EAc (CNRS) 4379, Université de Strasbourg, 25 Rue Becquerel, 67087 Strasbourg Cedex 2, France. Email: averousl@unistra.fr

Porous polymers are widely used in biotechnological and biomedical applications including wound dressings, tissue engineering scaffolds and drug delivery systems [1]. Various biodegradable polymers as Poly(ε-caprolactone) (PCL), Poly(lactic acid) (PLA), Poly(glycolic acid) (PGA) as well as their copolymers have been used to obtain such structures [2]. In addition, a great attention has recently been paid to the production of porous materials using natural polymers like alginates, chitin and chitosan since they are non-toxic compounds with enhanced biocompatibility and cell adhesion properties [3]. Chitosan has been used in many different biomedical areas because it shows some other advantages like inherent antimicrobial activity, biodegradability, hydrophilicity and non-antigenicity [3-4]. Unfortunately, this polysaccharide also shows a poor processability as well as low thermal stability and low ductility limiting its use for some applications. Such drawbacks can be overcome by blending with other polymers. Among biodegradable synthetic polyesters, PCL is one of the most attractive alternatives because of its availability, readily biodegradability and good mechanical properties [5]. Several techniques such as freeze drying, particle leaching, template synthesis and more recently, electrospinning have been used to produce porous polymeric structures [1-2, 6-7]. However some of these techniques require sophisticated equipment or are not practical for an industrial scale production. In the present work, blends of PCL-Chitosan (80:20) were prepared by using conventional polymer processing equipments. A novel processing method was performed by swelling chitosan powder in acetic acid solution (3% v/v) previously to its melt blending with PCL. Sheets were obtained by compression moulding and stabilized in a climatic chamber at 57% RH and 25°C. During the stabilization period, samples suffered a water mass loss of around 30wt% without affecting their thickness. Despite the low compatibility of both polymers, quite homogenous dispersion of chitosan within the polyester matrix was obtained and some interactions between polymer chains could be observed. The preparation of rich PCL blends allowed the formation of porous structures since samples were not deformed nor contracted after water loss and stabilization, keeping the original volume obtained after pressing. Besides morphology, thermal and mechanical properties of the blends were also determined after stabilization. The plasticization effect by the addition of 25wt% glycerol to chitosan phase was also studied. The equilibrium moisture content of samples increased with the incorporation of glycerol due to its hydrophilic nature. As could be expected, an increase in materials ductility was also observed. Materials were compared to blends obtained without the swelling pre-treatment which showed much more compact structures. References [1] H. P. Hentze, M. Antonietti, Reviews in Molecular Biotechnology, 2002; 90: 27-53. [2] Chen-Ming HSU, S. Shivkumar, Journal of Materials Science, 2004; 39: 3003-3013. [3] J. Berger, M. Reist, J. M. Mayer, O. Felt, N. A; Peppas, R. Gurny, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2004; 57: 19-34. [4] S. N. Chirkov, Applied Biochemistry and Microbiology, 2002; 38: 1-8. [5] L. Liu et al., Biomacromolecules, 2000; 1: 350-359 [6] B. You, L. Shi, N. Wen, X. Liu, L. Wu, J. Zi, Macromolecules, 2008; 41: 6624-6626. [7] K.T. Shalumon, K. H. Anulekha, C. M. Girish, R. Prasanth, S. V. Nair, R. Jayakumar, Carbohydrate Polymers, 2010; 80: 413-419.

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Elaboration de nanoparticules recouvertes de dérivés amphiphiles de hyaluronate de sodium en vue de l’adressage cellulaire de principes actifs après

injection intra articulaire

Zille Hervé1,2, Léonard Michèle1, Six Jean Luc1, Gillet Pierre2, Grossin Laurent2.

1, Laboratoire de Chimie-Physique Macromoléculaire, UMR CNRS-INPL 7568 ENSIC, Nancy 2, Physiopathologie, Pharmacologie et Ingénierie Articulaires, UMR 7561 CNRS UHP, Nancy

Le hyaluronane (HA) (acide hyaluronique et ses sels) est un polymère naturel que l’on trouve chez de nombreuses espèces (de la bactérie à l’homme) [1]. Ces propriétés physico-chimiques le rendent essentiel notamment au niveau des articulations où il sert d’amortisseur de chocs ainsi que de lubrifiant. Il a été démontré que le HA interagit avec les récepteurs CD44 des chondrocytes qui sont les cellules présentent dans le cartilage [2]. Le laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire (UMR 7568) en collaboration avec le laboratoire de Pharmacologie et Physiopathologie Articulaire (UMR 7561) travaillent depuis de nombreuses années sur l’utilisation de dérivés amphiphiles de l’acide hyaluronique afin de l’utiliser comme stabilisant de particules pouvant contenir des principes actifs [3]. La couverture de HA des particules doit permettre, après leur injection intra articulaire, une reconnaissance spécifique par les chondrocytes se traduisant par un rapprochement voire une internalisation des particules dans ces cellules. L’objectif des recherches menées actuellement est de concevoir des particules à cœur d’acide poly (lactique-co-glycolique) (PLGA) [4] recouvertes de HA amphiphile respectant les contraintes inhérentes à la biologie (taille des particules, biocompatibilité, dégradation des produits, non toxicité…) en vue de leur utilisation in vivo et in vitro. Les particules sont préparées par le procédé de double émulsion/évaporation de solvant afin d’encapsuler des principes actifs hydrophiles [5]. Après caractérisation en terme de taille, de quantité de principe actif encapsulé et de HA présent à la surface, les particules ont été mises en contact avec des chondrocytes de rats et humains pour étudier leur toxicité et leur éventuelle internalisation in vitro. Références : [1] Laurent, T. C. and J. R. Fraser (1992). "Hyaluronan." Faseb J 6(7): 2397-404. [2] S. St Jacques, H. K. Dadi, et al. (1993). "CD44 in human placenta: localization and binding to hyaluronic acid." Placenta 14(1): 25-39. [3] H. Laroui, L. Grossin, et al. (2007). "Hyaluronate-covered nanoparticles for the therapeutic targeting of cartilage." Biomacromolecules 8(12): 3879-85. [4] Vandervoort, J. and A. Ludwig (2002). "Biocompatible stabilizers in the preparation of PLGA nanoparticles: a factorial design study." Int J Pharm 238(1-2): 77-92. [5] T. Feczkó, J. Gyenis, et al. (2008). "Comparison of the preparation of PLGA–BSA nano- and microparticles by PVA, poloxamer and PVP. " Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 319(1-3) : 188-195