Microstructural and environmental effects on the mechanical properties of porous particle-polymer composites

Papper kan anses vara ett av de mest använda materialen i det dagliga livet. Tidskrifter, tidningar, böcker och diverse förpackningar är några exempel på pappersbaserade produkter. Papperets egenskaper måste anpassas till användningsändamålet. En tidskrift kräver t.ex. hög ljushet, opacitet och en slät yta hos papperet, medan dessa egenskaper är mindre viktiga för en dagstidning. Allt tryckpapper behöver vissa mekaniska egenskaper för att tåla vidarebearbetning såsom kalandrering, tryckning och vikning. Man kan bestryka papper för att förbättra dess optiska egenskaper och tryckbarhetsegenskaper. Vid bestrykning appliceras en dispersion av mineralpigment och polymerbindemedel som ett tunt lager på papperets yta. Bestrykningsskiktet kan ses som ett komplext, poröst kompositmaterial som även bidrar till papperets mekaniska egenskaper och dess processerbarhet i diverse konverteringsoperationer. Kravet på framställning av förmånligt papper med tillräckliga styrkeegenskaper ställer allt högre krav på optimeringen av pappersbestrykningsskiktets egenskaper och produktionskostnader. Målet med detta arbete var att förstå sambandet mellan pigmentbestrykningsskiktets mikrostruktur och dess makroskopiska, mekaniska egenskaper. Resultaten visar att adhesionen i gränsytan mellan pigment och bindemedel är kritisk för bestrykningsskiktets förmåga att bära mekanisk belastning. Polära vätskor är vanliga i tryckfärger och kan, eftersom de påverkar syra/bas-interaktionerna mellan pigment och latexbindemedel, försvaga denna adhesion. Resultaten tyder på att ytstyrkan hos bestruket papper kan höjas genom användning av bifunktionella dispergeringsmedel för mineralpigment. Detta medför inbesparingar i pappersproduktionen eftersom mängden bindemedel, den dyraste komponenten i bestrykningsskiktet, kan minskas.

Bovine serum albumin potentiates caffeine- or ATP-induced tension in human skinned skeletal muscle fibers

Human skinned muscle fibers were used to investigate the effects of bovine serum albumin (BSA) on the tension/pCa relationship and on the functional properties of the Ca2+-release channel of the sarcoplasmic reticulum (SR). In both fast- and slow-type fibers, identified by their tension response to pSr 5.0, BSA (0.7-15 µM) had no effect on the Ca2+ affinity of the contractile proteins and elicited no tension per se in Ca2+-loaded fibers. In contrast, BSA (>1.0 µM) potentiated the caffeine-induced tension in Ca2+-loaded fibers, this effect being more intense in slow-type fibers. Thus, BSA reduced the threshold caffeine concentration required for eliciting detectable tension, and increased the amplitude, the rate of rise and the area under the curve of caffeine-induced tension. BSA also potentiated the tension elicited in Ca2+-loaded fibers by low-Mgv solutions containing 1.0 mM free ATP. These results suggest that BSA modulates the response of the human skeletal muscle SR Ca2+-release channel to activators such as caffeine and ATP.

Impaired regeneration of dystrophin-deficient muscle fibers is caused by exhaustion of myogenic cells

Duchenne muscular dystrophy is one of the most devastating myopathies. Muscle fibers undergo necrosis and lose their ability to regenerate, and this may be related to increased interstitial fibrosis or the exhaustion of satellite cells. In this study, we used mdx mice, an animal model of Duchenne muscular dystrophy, to assess whether muscle fibers lose their ability to regenerate after repeated cycles of degeneration-regeneration and to establish the role of interstitial fibrosis or exhaustion of satellite cells in this process. Repeated degenerative-regenerative cycles were induced by the injection of bupivacaine (33 mg/kg), a myotoxic agent. Bupivacaine was injected weekly into the right tibialis anterior muscle of male, 8-week-old mdx (N = 20) and C57Bl/10 (control, N = 10) mice for 20 and 50 weeks. Three weeks after the last injection, the mice were killed and the proportion of regenerated fibers was counted and reported as a fibrosis index. Twenty weekly bupivacaine injections did not change the ability of mdx muscle to regenerate. However, after 50 weekly bupivacaine injections, there was a significant decrease in the regenerative response. There was no correlation between the inability to regenerate and the increase in interstitial fibrosis. These results show that after prolonged repeated cycles of degeneration-regeneration, mdx muscle loses its ability to regenerate because of the exhaustion of satellite cells, rather than because of an increase in interstitial fibrosis. This finding may be relevant to cell and gene therapy in the treatment of Duchenne muscular dystrophy.

Differences in pressure and temperature transitions of proteins and polymer gels

Pressure-driven and temperature-driven transitions of two thermoresponsive polymers, poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAM) and poly(N-vinylisobutyramide) (pNVIBA)), in both a soluble linear polymer form and a cross-linked hydro-gel form, were examined by a dynamic light-scattering method and direct microscopic observation, respectively. Their behavior was compared with that of protein systems. Changes in some characteristic parameters in the time-intensity correlation functions of dynamic light-scattering measurement of aqueous solutions of pNIPAM at various pressures and temperatures showed no essential differences during temperature and pressure scanning and, as a whole, the motions of polymers in aqueous solutions were similar in two types of transitions until chain shrinkage occurred. The gels (cross-linked polymer gels) prepared from the thermoresponsive polymers also showed similar volume transitions responding to the pressure and temperature increase. In temperature transitions, however, gels showed drastic volume shrinkage with loss of transparency, while pressure-induced transition showed a slow recovery of transparency while keeping the size, after first transient drastic volume shrinkage with loss of transparency. At a temperature slightly higher than the transition under atmospheric temperature, so-called reentry of the volume change and recovery of the transparency were observed during the pressure-increasing process, which implies much smaller aggregation or non-aggregated collapsed polymer chains in the gel at higher pressures, indicating a certain mechanistic difference of the dehydration processes induced by temperature and pressure.

Changes in types of muscle fibers induced by transcutaneous electrical stimulation of the diaphragm of rats

The objective of the present study was to assess the effect of transcutaneous electrical diaphragmatic stimulation (TEDS) on different types of diaphragm muscle fibers. Male Wistar rats (8-12 weeks old) were divided into 2 experimental groups (N = 8 in each group): 1) control, 2) animals submitted to TEDS [frequency = 50 Hz; T ON/T OFF (contraction/relaxation time) = 2/2 s; pulse duration = 0.4 ms, intensity = 5 mA with a 1 mA increase every 3 min for 20 min] for 7 days. After completing this treatment period, the I, IIA, IIB, and IID diaphragm muscle fibers were identified using the mATPase technique. Statistical analysis consisted of the normality, homoscedasticity and t-tests (P < 0.05). There was a 19.6% (P < 0.05) reduction in the number of type I fibers and a 49.7% increase (P < 0.05) in type IID fibers in the TEDS group compared with the control group. An important result of the present study was that electrical stimulation with surface electrodes was efficient in altering the distribution of fibers in diaphragm muscle. This therapeutic resource could be used in the treatment of respiratory muscle alterations.

Three days of intermittent stretching after muscle disuse alters the proteins involved in force transmission in muscle fibers in weanling rats

The aim of this study was to determine the effects of intermittent passive manual stretching on various proteins involved in force transmission in skeletal muscle. Female Wistar weanling rats were randomly assigned to 5 groups: 2 control groups containing 21- and 30-day-old rats that received neither immobilization nor stretching, and 3 test groups that received 1) passive stretching over 3 days, 2) immobilization for 7 days and then passive stretching over 3 days, or 3) immobilization for 7 days. Maximal plantar flexion in the right hind limb was imposed, and the stretching protocol of 10 repetitions of 30 s stretches was applied. The soleus muscles were harvested and processed for HE and picrosirius staining; immunohistochemical analysis of collagen types I, III, IV, desmin, and vimentin; and immunofluorescence labeling of dystrophin and CD68. The numbers of desmin- and vimentin-positive cells were significantly decreased compared with those in the control following immobilization, regardless of whether stretching was applied (P<0.05). In addition, the semi-quantitative analysis showed that collagen type I was increased and type IV was decreased in the immobilized animals, regardless of whether the stretching protocol was applied. In conclusion, the largest changes in response to stretching were observed in muscles that had been previously immobilized, and the stretching protocol applied here did not mitigate the immobilization-induced muscle changes. Muscle disuse adversely affected several proteins involved in the transmission of forces between the intracellular and extracellular compartments. Thus, the 3-day rehabilitation period tested here did not provide sufficient time for the muscles to recover from the disuse maladaptations in animals undergoing postnatal development.

EXTRACTION OF OIL FROM PRESSED PALM OIL (Elaes guineensis) FIBERS USING SUPERCRITICAL CO2

Residual fibers from palm oil production are a good source of carotene, since they contain more than 5% of the original oil, with about 5000 ppm of carotenoids. As carotenoids are thermosensitive molecules, supercritical CO2 can be used for oil recovery, because this technique employs low temperatures. In this work results of oil extraction experiments from pressed palm oil fibers are shown. Fibers were from AGROPALMA, an industry which is located in Tailândia (Pará, Brazil). Extractions were carried out at 200, 250 and 300 bar and at temperatures of 45 and 55oC. Oil was analyzed by UV/vis spectrophotometry for total carotene determination. Results showed a large increase in extraction rate from 200 to 250 bar and a small variation from 250 to 300 bar. The total amount of carotenes did not increase in the course of extraction at 300 bar, but it showed a large increase at 200 and at 250 bar. Free fatty acids are present in amounts larger than those found in commercial oils.

Utilization of recycled mineral wool as filler in wood plastic composites

The impact of a recycled mineral wool filler on the various properties of wood plastic composites was studied and the critical factors affecting the formation of the properties were determined. An estimation of the volume of mineral wool fiber waste generated in the European Union between the years 2010-2020 was presented. Furthermore, the effect of fiber pre-treatment on the properties of the wood plastic composites were studied, and the environmental performance of a wood plastic composite containing recycled mineral fibers was assessed. The results showed that the volumes of construction and demolition waste and new mineral wool produced in the European Union are growing annually, and therefore also the volumes of recycled mineral wool waste generated are increasing. The study showed that the addition of recycled mineral wool into composites can enhance some of the mechanical properties and increase the moisture resistance properties of the composites notably. Recycled mineral wool as a filler in wood plastic composites can also improve the fire resistance properties of composites, but it does not protect the polymer matrix from pyrolysis. Fiber pre-treatment with silane solution improved some of the mechanical properties, but generally the use of maleated polypropylene as the coupling agent led to better mechanical and moisture resistance properties. The environmental performance of recycled mineral wool as the filler in wood plastic composites was superior compared to glass fibers. According to the findings, recycled mineral wool fibers can provide a technically and environmentally viable alternative to the traditional inorganic filler materials used in wood plastic composites.

Macrocospic and physiochemical characterization of a sugarless and gluten-free cake enriched with fibers made from pumpkin seed (Cucurbita maxima, L.) flour and cornstarch

The Consumers' interest for products with caloric reduction has increased, and their development is a technological challenge. The consumption of cakes has grown in importance and the demand for dietary products has stimulated the use of sweeteners and the optimization of bakery products. The consumption of fibers is related to chronic diseases prevention. Pumpkin seeds (maximum Cucurbita, L.), rich in fibers, can be used as a source of fiber in food products. A gluten-free diet is not easy to follow since gluten free products are not always available. The objective of this work was to perform a physicochemical characterization of cakes prepared with flours blends (FB) based on Pumpkin Seed Flour (PSF). The cakes were elaborated with FB in the ratios of 30:70 (C30) and 40:60 (C40) of PSF and cornstarch (CS), respectively. The results showed gluten absence and near-neutral pH. The chemical analysis of C30 and B40 showed increase of ashes, lipids, proteins, and insoluble dietary fiber and a decrease in the content of carbohydrates and calories. The chemical composition of C40 presented the greatest content of lipids, proteins, and dietary fibers, the lowest content of calories, and the best physical parameters. Therefore, both products proved suitable for human consumption.

Wood species identification by visual characterization of fibers

Kandidaatintyö tehtiin osana PulpVision-tutkimusprojektia, jonka tarkoituksena on kehittää kuvapohjaisia laskenta- ja luokittelumetodeja sellun laaduntarkkailuun paperin valmistuksessa. Tämän tutkimusprojektin osana on aiemmin kehitetty metodi, jolla etsittiin kaarevia rakenteita kuvista, ja tätä metodia hyödynnettiin kuitujen etsintään kuvista. Tätä metodia käytettiin lähtökohtana kandidaatintyölle. Työn tarkoituksena oli tutkia, voidaanko erilaisista kuitukuvista laskettujen piirteiden avulla tunnistaa kuvassa olevien kuitujen laji. Näissä kuitukuvissa oli kuituja neljästä eri puulajista ja yhdestä kasvista. Nämä lajit olivat akasia, koivu, mänty, eukalyptus ja vehnä. Jokaisesta lajista valittiin 100 kuitukuvaa ja nämä kuvat jaettiin kahteen ryhmään, joista ensimmäistä käytettiin opetusryhmänä ja toista testausryhmänä. Opetusryhmän avulla jokaiselle kuitulajille laskettiin näitä kuvaavia piirteitä, joiden avulla pyrittiin tunnistamaan testausryhmän kuvissa olevat kuitulajit. Nämä kuvat oli tuottanut CEMIS-Oulu (Center for Measurement and Information Systems), joka on mittaustekniikkaan keskittynyt yksikkö Oulun yliopistossa. Yksittäiselle opetusryhmän kuitukuvalle laskettiin keskiarvot ja keskihajonnat kolmesta eri piirteestä, jotka olivat pituus, leveys ja kaarevuus. Lisäksi laskettiin, kuinka monta kuitua kuvasta löydettiin. Näiden piirteiden eri yhdistelmien avulla testattiin tunnistamisen tarkkuutta käyttämällä k:n lähimmän naapurin menetelmää ja Naiivi Bayes -luokitinta testausryhmän kuville. Testeistä saatiin lupaavia tuloksia muun muassa pituuden ja leveyden keskiarvoja käytettäessä saavutettiin jopa noin 98 %:n tarkkuus molemmilla algoritmeilla. Tunnistuksessa kuitujen keskimäärinen pituus vaikutti olevan kuitukuvia parhaiten kuvaava piirre. Käytettyjen algoritmien välillä ei ollut suurta vaihtelua tarkkuudessa. Testeissä saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että kuitukuvien tunnistaminen on mahdollista. Testien perusteella kuitukuvista tarvitsee laskea vain kaksi piirrettä, joilla kuidut voidaan tunnistaa tarkasti. Käytetyt lajittelualgoritmit olivat hyvin yksinkertaisia, mutta ne toimivat testeissä hyvin.

Electrospinning and characterization of self-assembled inclusion complexies

L’électrofilage est une technique permettant de fabriquer des fibres polymériques dont le diamètre varie entre quelques nanomètres et quelques microns. Ces fibres ont donc un rapport surface/volume très élevé. Les fibres électrofilées pourraient trouver des applications dans le relargage de médicaments et le génie tissulaire, comme membranes et capteurs chimiques, ou dans les nanocomposites et dispositifs électroniques. L’électrofilage était initialement utilisé pour préparer des toiles de fibres désordonnées, mais il est maintenant possible d’aligner les fibres par l’usage de collecteurs spéciaux. Cependant, il est important de contrôler non seulement l’alignement macroscopique des fibres mais aussi leur orientation au niveau moléculaire puisque l’orientation influence les propriétés mécaniques, optiques et électriques des polymères. Les complexes moléculaires apparaissent comme une cible de choix pour produire des nanofibres fortement orientées. Dans les complexes d’inclusion d’urée, les chaînes polymères sont empilées dans des canaux unidimensionnels construits à partir d’un réseau tridimensionnel de molécules d’urée liées par des ponts hydrogène. Ainsi, les chaînes polymère sonts très allongées à l’échelle moléculaire. Des nanofibres du complexe PEO-urée ont été préparées pour la première fois par électrofilage de suspensions et de solutions. Tel qu’attendu, une orientation moléculaire inhabituellement élevée a été observée dans ces fibres. De tels complexes orientés pourraient être utilisés à la fois dans des études fondamentales et dans la préparation de matériaux hiérarchiquement structurés. La méthode d’électrofilage peut parfois aussi être utilisée pour préparer des matériaux polymériques métastables qui ne peuvent pas être préparés par des méthodes conventionnelles. Ici, l’électrofilage a été utilisé pour préparer des fibres des complexes stables (α) et "métastables" (β) entre le PEO et l’urée. La caractérisation du complexe β, qui était mal connu, révèle un rapport PEO:urée de 12:8 appartenant au système orthorhombique avec a = 1.907 nm, b = 0.862 nm et c = 0.773 nm. Les chaînes de PEO sont orientées selon l’axe de la fibre. Leur conformation est significativement affectée par les ponts hydrogène. Une structure en couches a été suggérée pour la forme β, plutôt que la structure conventionnelle en canaux adoptée par la forme α. Nos résultats indiquent que le complexe β est thermodynamiquement stable avant sa fonte et peut se transformer en forme α et en PEO liquide par un processus de fonte et recristallisation à 89 ºC. Ceci va dans le sens contraire aux observations faites avec le complexe β obtenu par trempe du complexe α fondu. En effet, le complexe β ainsi obtenu est métastable et contient des cristaux d’urée. Il peut subir une transition de phases cinétique solide-solide pour produire du complexe α dans une vaste gamme de températures. Cette transition est induite par un changement de conformation du PEO et par la formation de ponts hydrogène intermoléculaires entre l’urée et le PEO. Le diagramme de phases du système PEO-urée a été tracé sur toute la gamme de compositions, ce qui a permis d’interpréter la formation de plusieurs mélanges qui ne sont pas à l’équilibre mais qui sont été observés expérimentalement. La structure et le diagramme de phases du complexe PEO-thiourée, qui est aussi un complexe très mal connu, ont été étudiés en détail. Un rapport molaire PEO :thiourée de 3:2 a été déduit pour le complexe, et une cellule monoclinique avec a = 0.915 nm, b = 1.888 nm, c = 0.825 nm et β = 92.35º a été déterminée. Comme pour le complexe PEO-urée de forme β, une structure en couches a été suggérée pour le complexe PEO-thiourée, dans laquelle les molécules de thiourée seraient disposées en rubans intercalés entre deux couches de PEO. Cette structure en couches pourrait expliquer la température de fusion beaucoup plus faible des complexes PEO-thiourée (110 ºC) et PEO-urée de forme β (89 ºC) en comparaison aux structures en canaux du complexe PEO-urée de forme α (143 ºC).

Study of the diffusion in polymer solutions and hydrogels by NMR spectroscopy and NMR imaging

Afin d'étudier la diffusion et la libération de molécules de tailles inférieures dans un gel polymère, les coefficients d'auto-diffusion d'une série de polymères en étoile avec un noyau d'acide cholique et quatre branches de poly(éthylène glycol) (PEG) ont été déterminés par spectroscopie RMN à gradient de champ pulsé dans des solutions aqueuses et des gels de poly(alcool vinylique). Les coefficients de diffusion obtenus ont été comparés avec ceux des PEGs linéaires et dendritiques pour étudier l'effet de l'architecture des polymères. Les polymères en étoile amphiphiles ont des profils de diffusion en fonction de la concentration similaires à leurs homologues linéaires dans le régime dilué. Ils diffusent plus lentement dans le régime semi-dilué en raison de leur noyau hydrophobe. Leurs conformations en solution ont été étudiées par des mesures de temps de relaxation spin-réseau T1 du noyau et des branches. L'imagerie RMN a été utilisée pour étudier le gonflement des comprimés polymères et la diffusion dans la matrice polymère. Les comprimés étaient constitués d'amidon à haute teneur en amylose et chargés avec de l'acétaminophène (de 10 à 40% en poids). Le gonflement des comprimés, ainsi que l'absorption et la diffusion de l'eau, augmentent avec la teneur en médicament, tandis que le pourcentage de libération du médicament est similaire pour tous les comprimés. Le gonflement in vitro des comprimés d'un complexe polyélectrolyte à base d'amidon carboxyméthylé et de chitosane a également été étudié par imagerie RMN. Ces comprimés sont sensibles au pH : ils gonflent beaucoup plus dans les milieux acides que dans les milieux neutres en raison de la dissociation des deux composants et de la protonation des chaînes du chitosane. La comparaison des résultats avec ceux d'amidon à haute teneur en amylose indique que les deux matrices ont des gonflements et des profils de libération du médicament semblables dans les milieux neutres, alors que les comprimés complexes gonflent plus dans les milieux acides en raison de la dissociation du chitosane et de l'amidon.

Polyamides and polyesters made of bile acids in the main chain

La préparation de polymères à base d’acides biliaires, molécules biologiques, a attiré l'attention des chercheurs en raison des applications potentielles dans les domaines biomédicaux et pharmaceutiques. L’objectif de ce travail est de synthétiser de nouveaux biopolymères dont la chaîne principale est constituée d’unités d’acides biliaires. La polymérisation par étapes a été adoptée dans ce projet afin de préparer les deux principales classes de polymères utilisés en fibres textiles: les polyamides et les polyesters. Des monomères hétéro-fonctionnels à base d’acides biliaires ont été synthétisés et utilisés afin de surmonter le déséquilibre stoechiométrique lors de la polymérisation par étapes. Le dérivé de l’acide lithocholique modifié par une fonction amine et un groupement carboxylique protégé a été polymérisé en masse à températures élevées. Les polyamides obtenus sont très peu solubles dans les solvants organiques. Des polyamides et des polyesters solubles en milieu organique ont pu être obtenus dans des conditions modérées en utilisant l’acide cholique modifié par des groupements azide et alcyne. La polymérisation a été réalisée par cycloaddition azoture-alcyne catalysée par l'intermédiaire du cuivre(Ι) avec deux systèmes catalytiques différents, le bromure de cuivre(I) et le sulfate de cuivre(II). Seul le bromure de cuivre(Ι) s’est avéré être un catalyseur efficace pour le système, permettant la préparation des polymères avec un degré de polymérisation égale à 50 et une distribution monomodale de masse moléculaire (PDI ˂ 1.7). Les polymères synthétisés à base d'acide cholique sont thermiquement stables (307 °C ≤ Td ≤ 372 °C) avec des températures de transition vitreuse élevées (137 °C ≤ Tg ≤ 167 °C) et modules de Young au-dessus de 280 MPa, dépendamment de la nature chimique du lien.

Electrospinning and characterization of supramolecular poly(4-vinyl pyridine)-small molecule complexes

La chimie supramoléculaire est basée sur l'assemblage non covalent de blocs simples, des petites molécules aux polymères, pour synthétiser des matériaux fonctionnels ou complexes. La poly(4-vinylpyridine) (P4VP) est l'une des composantes supramoléculaires les plus utilisées en raison de sa chaîne latérale composée d’une pyridine pouvant interagir avec de nombreuses espèces, telles que les petites molécules monofonctionnelles et bifonctionnelles, grâce à divers types d'interactions. Dans cette thèse, des assemblages supramoléculaires de P4VP interagissant par liaisons hydrogène avec de petites molécules sont étudiés, en ayant comme objectifs de faciliter l'électrofilage de polymères et de mieux comprendre et d'optimiser la photoréponse des matériaux contenant des dérivés d'azobenzène. Une nouvelle approche est proposée afin d'élargir l'applicabilité de l'électrofilage, une technique courante pour produire des nanofibres. À cet effet, un complexe entre la P4VP et un agent de réticulation bifonctionnel capable de former deux liaisons hydrogène, le 4,4'-biphénol (BiOH), a été préparé pour faciliter le processus d’électrofilage des solutions de P4VP. Pour mieux comprendre ce complexe, une nouvelle méthode de spectroscopie infrarouge (IR) a d'abord été développée pour quantifier l'étendue de la complexation. Elle permet de déterminer un paramètre clé, le rapport du coefficient d'absorption d'une paire de bandes attribuées aux groupements pyridines libres et liées par liaisons hydrogène, en utilisant la 4-éthylpyridine comme composé modèle à l’état liquide. Cette méthode a été appliquée à de nombreux complexes de P4VP impliquant des liaisons hydrogène et devrait être généralement applicable à d'autres complexes polymères. La microscopie électronique à balayage (SEM) a révélé l'effet significatif du BiOH sur la facilité du processus d’électrofilage de P4VP de masses molaires élevées et faibles. La concentration minimale pour former des fibres présentant des perles diminue dans le N, N'-diméthylformamide (DMF) et diminue encore plus lorsque le nitrométhane, un mauvais solvant pour la P4VP et un non-solvant pour le BiOH, est ajouté pour diminuer l'effet de rupture des liaisons hydrogène causé par le DMF. Les liaisons hydrogène dans les solutions et les fibres de P4VP-BiOH ont été quantifiées par spectroscopie IR et les résultats de rhéologie ont démontré la capacité de points de réticulation effectifs, analogues aux enchevêtrements physiques, à augmenter la viscoélasticité de solutions de P4VP pour mieux résister à la formation de gouttelettes. Cette réticulation effective fonctionne en raison d'interactions entre le BiOH bifonctionnel et deux chaînes de P4VP, et entre les groupements hydroxyles du BiOH complexé de manière monofonctionnelle. Des études sur d’autres agents de réticulation de faible masse molaire ont montré que la plus forte réticulation effective est introduite par des groupes d’acide carboxylique et des ions de zinc (II) qui facilitent le processus d’électrofilage par rapport aux groupements hydroxyles du BiOH. De plus, la sublimation est efficace pour éliminer le BiOH contenu dans les fibres sans affecter leur morphologie, fournissant ainsi une méthode élégante pour préparer des fibres de polymères purs dont le processus d’électrofilage est habituellement difficile. Deux complexes entre la P4VP et des azobenzènes photoactifs portant le même groupement tête hydroxyle et différents groupes queue, soit cyano (ACN) ou hydrogène (AH), ont été étudiés par spectroscopie infrarouge d’absorbance structurale par modulation de la polarisation (PM-IRSAS) pour évaluer l'impact des groupements queue sur leur performance lors de l'irradiation avec de la lumière polarisée linéairement. Nous avons constaté que ACN mène à la photo-orientation des chaînes latérales de la P4VP et des azobenzènes, tandis que AH mène seulement à une orientation plus faible des chromophores. La photo-orientation des azobenzènes diminue pour les complexes avec une teneur croissante en chromophore, mais l'orientation de la P4VP augmente. D'autre part, l'orientation résiduelle après la relaxation thermique augmente avec la teneur en ACN, à la fois pour le ACN et la P4VP, mais la tendance opposée est constatée pour AH. Ces différences suggèrent que le moment dipolaire a un impact sur la diffusion rotationnelle des chromophores. Ces résultats contribueront à orienter la conception de matériaux polymères contenant des azobenzène efficaces.

Effect of Polymer Architecture on the Structural and Biophysical Properties of PEG-PLA Nanoparticles

Polymers made of poly(ethylene glycol) chains grafted to poly(lactic acid) chains (PEG-g-PLA) were used to produce stealth drug nanocarriers. A library of comb-like PEG-g-PLA polymers with different PEG grafting densities was prepared in order to obtain nanocarriers with dense PEG brushes at their surface, stability in suspension, and resistance to protein adsorption. The structural properties of nanoparticles (NPs) produced from these polymers by a surfactant-free method were assessed by DLS, zeta potential, and TEM and were found to be controlled by the amount of PEG present in the polymers. A critical transition from a solid NP structure to a soft particle with either a “micelle-like” or “polymer nano-aggregate” structure was observed when the PEG content was between 15 to 25% w/w. This structural transition was found to have a profound impact on the size of the NPs, their surface charge, their stability in suspension in presence of salts as well as on the binding of proteins to the surface of the NPs. The arrangement of the PEG-g-PLA chains at the surface of the NPs was investigated by 1H NMR and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). NMR results confirmed that the PEG chains were mostly segregated at the NP surface. Moreover, XPS and quantitative NMR allowed quantifying the PEG chain coverage density at the surface of the solid NPs. Concordance of the results between the two methods was found to be remarkable. Physical-chemical properties of the NPs such as resistance to aggregation in saline environment as well as anti-fouling efficacy were related to the PEG surface density and ultimately to polymer architecture. Resistance to protein adsorption was assessed by isothermal titration calorimetry (ITC) using lysozyme. The results indicate a correlation between PEG surface coverage and level of protein interactions. The results obtained lead us to propose such PEG-g-PLA polymers for nanomedecine development as an alternative to the predominant polyester-PEG diblock polymers.