Effect of block sequence and block length on the stimuli-responsive behavior of polyampholyte brushes: hydrogen bonding and electrostatic interaction as the driving force for surface rearrangement

Diblock polyampholyte brushes with different block sequences (Si/SiO2/poly(acrylic acid)-b-poly (2-vinylpyridine) (PAA-b-P2VP) brushes and Si/SiO2/P2VP-b-PAA brushes) and different block lengths were synthesized by sequent surface-initiated atom transfer radical polymerization (ATRP). The PAA block was obtained through hydrolysis from the corresponding poly(tert-butyl acrylate). The polyampholyte brushes demonstrated unique pH-responsive behavior. In the intermediate pH region, the brushes exhibited a less hydrophilic wetting behavior and a rougher surface morphology due to the formation of polyelectrolyte complex through electrostatic interaction between oppositely charged blocks. In the low pH and high pH regions, the rearrangement of polyampholyte brushes showed great dependence on the block sequence and block length. The polyampholyte brushes with P2VP-b-PAA sequence underwent rearrangement during alternative treatment by acidic aqueous solution (low pH value) and basic aqueous solution (high pH value).

Preparation and Physical Properties of LLDPE Grafted with Novel Nonionic Surfactants

Copolymers of linear low-density polyethylene (LLDPE) grafted with two novel nonionic surfactants, acrylic glycerol monostearate ester (AGMS) and acrylic polyoxyethylenesorbitan monooleate ester (ATW-EEN80), containing hydrophilic and hydrophobic groups and 1-olefin double bond were prepared by using a plasticorder at 190 degrees C. To evaluate the grafting degree, two different approaches based on H-1-NMR data were proposed, and FTIR calibration was showed to validate these methods. The rheological response of the molten polymers, determined under dynamic shear flow at small-amplitude oscillations, indicated that crosslinking formation of the chains could be decreased with increasing the monomer concentration. Their thermal behavior was studied by DSC and polarization microscope (PLM): The crystallization temperature (T-C) of grafted LLDPE shifted to higher temperature compared with neat LLDPE because the grafted chains acted as nucleating agents. Water and glycerol were used to calculate the surface free energy of grafted LLDPE films.

Microtubes via assembly of imogolite with polyelectrolyte

We report the self-assembly of polyelectrolyte homopolymers such as poly(acrylic acid) with imogolite to generate stable tubular structures, which were several micrometers in diameter and millimeters in length with no hierarchical ordered structure. No special polymer architecture or interaction was required for the assembly.

Design of polymeric stabilizers for size-controlled synthesis of monodisperse gold nanoparticles in water

A new methodology is described for the one-step aqueous preparation of highly monodisperse gold nanoparticles with diameters below 5 nm using thioether- and thiol-functionalized polymer ligands. The particle size and size distribution was controlled by subtle variation of the polymer structure. It was shown that poly(acrylic acid) (PAA) and poly(methacrylic acid) (PMAA) were the most effective stabilizing polymers in the group studied and that relatively low molar mass ligands (similar to 2500 g/mol) gave rise to the narrowest particle size distributions. Particle uniformity and colloidal stability to changes in ionic strength and pH were strongly affected by the hydrophobicity of the ligand end group. "Multidentate" thiol-terminated ligands were produced by employing dithiols and tetrathiols as chain-transfer agents, and these ligands gave rise to particles with unprecedented control over particle size and enhanced colloidal stability. It was found throughout that dynamic light scattering (DLS) is a very useful corroboratory technique for characterization of these gold nanoparticles in addition to optical spectroscopy and TEM.

Stimuli-responsive polyelectrolyte block copolymer brushes synthesized from the si wafer via atom-transfer radical polymerization

Surface-tethered oppositely charged weak polyelectrolyte block copolymer brushes composed of poly(2-vinyl pyridine) (P2VP) and poly(acrylic acid) (PAA) were grown from the Si wafer by atom-transfer radical polymerization. The P2VP-b-PAA brushes were prepared through hydrolysis of the second PtBA block to the corresponding acrylic acid. The P2VP-b-PAA brushes with different PAA block length were obtained. The P2VP-b-PAA brushes revealed a unique reversible wetting behavior with pH. The difference between the solubility parameters for P2VP and PAA, the changes of surface chemical composition and surface roughness, and the reversible wetting behavior illustrated that the surface rearrangement occurred during treatment of the P2VP-b-PAA brushes by aqueous solution with different pH value. The reversible properties of the P2VP-b-PAA brushes can be used to regulate the adsorption of the sulfonated PS nanoparticles.

Polyhedral oligomeric silsesquioxane nanocomposite thin films via layer-by-layer electrostatic self-assembly

Fabrication of ultrathin polymer composite films with low dielectric constants has been demonstrated. Octa( aminophenyl) silsesquioxane (OAPS) was synthesized and assembled with poly( acrylic acid) (PAA) and poly( styrene sulfonate) (PSS) via a layer-by-layer electrostatic self-assembly technique to yield nanoporous ultrathin films. The OAPS was soluble in water at pH 3 or lower, and suitable pH conditions for the OAPS/PAA and OAPS/PSS assemblies were determined. The multilayer formation process was studied by contact angle analysis, X-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy, quartz crystal microgravimetry, UV-vis spectroscopy, and ellipsometry. The multilayer growth was found to be steady and uniform, and the analysis of the film surface revealed a rough topography due to OAPS aggregates. The incorporation of porous OAPS molecules into the thin films significantly lowered their dielectric constants. The OAPS/PAA multilayer thin film thus prepared exhibited a dielectric constant of 2.06 compared to 2.58 for pure PAA film. The OAPS/PAA multilayer film was heated to effect cross-linking between the OAPS and the PAA layers, and the transformation was verified by reflection-absorption Fourier transform infrared spectroscopy.

Solvent-induced crystallization of spherical micelles formed by copolymer blends

We have followed the morphological evolution and crystallization process of spherical micelles formed by the mixture of polystyrene-b-poly(acrylic acid) (PS-b-PAA) and polystyrene-b-poly(2-vinylpyridine)b-poly(ethylene oxide) (PS-b-P2VP-b-PEO) (the core of the spherical micelles was made of P2VP and PAA blocks through hydrogen bonding in neutral solvent N,N-dimethylformamide, DMF) via DMF vapor treatment. Different phenomena, such as rupture of the film, formation of cylinder aggregates and regular square lamellae, were observed when the micelle film was treated in DMF for different times. At the early stage of annealing in DMF vapor, the micelle film became unstable and ruptured. Cylinder aggregates, within which the PEO blocks achieved the association and primary chain folding, formed as the mesophases before the nucleation of the PEO single crystals at this stage. Further treatment in DMF vapor resulted in the nucleation of the PEO blocks at the corners of quasi-square lamellae. Then a quite regular "sandwich" lamellar structure, constructed by a PEO single-crystal layer covered by two tethered layers of other amorphous blocks on the top and bottom crystal basal surfaces, formed when the film of micelles was annealed in DMF vapor for sufficient times.

Synthesis and characterization of polypyrrole-polyurethane cationomer composites

Poly(ether urethane) cationomers based on poly(oxytetramethylene), 4,4'-bibenzyldiisocyanate, N-methyldiethanolamine as chain extender, and acrylic acid/poly(acrylic acid) as quaternization agent were synthesized. Pyrrole (15 wt.-%) was polymerized in films of the ionomer containing CuCl2. The films were characterized by dynamic mechanical analysis, thermogravimetry and differential scanning calorimetry. The electric conductivity of the film without polypyrrole is 7.5 . 10(-12) Omega(-1)cm(-1), while incorporation of polypyrrole increases the conductivity to 4.5 . 10(-6) Omega(-1) cm(-1).

Shear bond strengths of glass-ionomer cements to sound and to prepared carious dentine

The aim of this study was determine whether bonding of glass-ionomer cements to non-carious dentine differed from that to carious dentine. Five commercial cements were used, namely Fuji IX GP, Fuji IX capsulated, Fuji IX Fast capsulated (all GC, Japan), Ketac-Molar and Ketac-Molar Aplicap (both 3M-ESPE, Germany). Following conditioning of the substrate with 10% poly (acrylic acid) for 10 s, sets of 10 samples of the cements were bonded to prepared teeth that had been removed for orthodontic reasons. The teeth used had either sound dentine or sclerotic dentine. Shear bond strengths were determined following 24 h storage. For the auto-mixed cements, shear bond strength to sound dentine was found not to differ statistically from shear bond strength to sclerotic dentine whereas for hand-mixed cements, shear bond to sound dentine was found to be higher than to carious dentine (to at least p < 0.05). This shows that the chemical effects arising from interactions of glass-ionomer cements with the mineral phase of the tooth are the most important in developing strong bonds, at least in the shorter term.

Bottom up strategies for the morphology control of BaTiO3 particulates

As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.

Modification d'acides biliaires à l'aide de polymères pour en moduler les propriétés d'agrégation

Les polymères amphiphiles sont largement utilisés pour les applications biomédicales et pharmaceutiques. Afin d’améliorer les chances de biocompatibilité des nouveaux polymères que nous voulons développer, nous avons utilisé des composés naturels, les acides biliaires, comme produits de départ dans la synthèse de ces polymères. De nouveaux polymères anioniques amphiphiles dérivés de l’acide cholique ont été préparés par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes. Par un contrôle rigoureux des conditions de polymérisation, des bras de poly(acide acrylique) de différentes longueurs ont été greffés sur le squelette de l’acide cholique. L’architecture moléculaire des polymères a été étudiée par spectroscopie 1H RMN et par spectrométrie de masse. Ces polymères en étoile formés par l’acide biliaire modifié sont capables de s’agréger dans l’eau même si les groupements hydroxyles ont été remplacés par des segments plus volumineux. Il a été observé que les liaisons ester entre le polymère et le cœur d’acide cholique sont sensibles à l’hydrolyse en solution aqueuse. Pour remédier au problème de stabilité en solution aqueuse et pour avoir, en même temps, des bras hydrophiles non ioniques et biocompatibles, de l’oxyde d’éthylène a été polymérisé sur l’acide cholique par polymérisation anionique. Les liaisons éther formées entre le polymère et les groupements hydroxyles de l’acide biliaire sont plus stables que les liaisons ester sur le polymère de poly(acide acrylique). Les conditions de réaction de la polymérisation anionique ont été optimisées et ont donné des polymères aux architectures et aux masses molaires contrôlées. Les nouveaux polymères forment des agrégats sphériques tel qu’observé par microscopie électronique à transmission avec des échantillons préparés par la méthode de fracture à froid. Leur morphologie est différente de celle des agrégats cylindriques formés par les acides biliaires. Avec la méthode optimisée pour la polymérisation anionique, l’éther d’allyle et glycidyle a été polymérisé sur un dérivé d’acide cholique, suivi par une thiolation des liaisons doubles pour introduire l’amine ou l’acide sur la chaîne polymère. Cette addition radicalaire est efficace à plus de 90%. Les polymères qui en résultent sont solubles dans l’eau et s’agrègent à une certaine concentration critique. Il est particulièrement intéressant d’observer la thermosensibilité des polymères ayant des groupements amine, laquelle peut être modulée en acétylant partiellement les amines, donnant des points nuages entre 15 et 48°C.

Synthèse de brosses de polyélectrolytes par polymérisation initiée depuis une surface de mica et étude de leur réponse en fonction du pH et de la force ionique

Cette thèse rapporte le greffage chimique de brosses de polymères neutres de poly(acrylate de tert-butyle) (PtBA) et de brosses chargées d’acide polyacrylique (PAA) sur des substrats de mica afin d’étudier leur conformation en fonction de la densité de greffage, du pH et de la force ionique. Le greffage est réalisé par polymérisation contrôlée par transfert d’atome (ATRP) initiée depuis la surface de mica afin de contrôler la croissance du polymère et sa densité de greffage. L’étude de la conformation des brosses de PtBA et de PAA a été menée avec la technique AFM en mesurant les épaisseurs des films à sec et gonflés sous différentes conditions de solvant, de pH et de force ionique. Une monocouche d’amorceurs est tout d’abord greffée sur du mica porteur de groupes hydroxyles créés par plasma (Ar/H2O). Cette couche a été caractérisée par des mesures d’angle de contact et par la technique TOF-SIMS. L’amorceur greffé a ensuite permis d’initier l’ATRP directement depuis la surface pour former des brosses neutres de PtBA liés de façon covalente au mica. La croissance linéaire de l’épaisseur du film avec la masse molaire du polymère en solution et le taux de conversion montre que la polymérisation est contrôlée. De plus, la ré-initiation des chaînes greffées atteste du caractère vivant de la polymérisation. L’hydrolyse des brosses de PtBA, confirmée par des mesures d’angle de contact, d’épaisseur et par FT-IR, conduit à des brosses de PAA. Les différentes couches greffées sont stables à l’air, en milieu organique et en milieu aqueux et leur gonflement est réversible. Le degreffage de la couche de PAA est observé suite à une longue exposition à pH basique. Cette étude représente le premier exemple de brosses greffées chimiquement sur du mica par polymérisation initiée depuis la surface. La variation des paramètres de la réaction de greffage de l’amorceur, tels que la concentration et la durée de réaction, a permis de contrôler le taux de recouvrement de l’amorceur et la densité de greffage du polymère. Une grande gamme de taux de recouvrement de l’amorceur est accessible et se traduit par un intervalle de densités de greffage allant de faibles à élevées (e.g. 0,04 chaîne/nm2 à 0,5 chaîne/nm2). L’étude de la conformation des chaînes de PtBA dans le DMF montre que cet intervalle de densités recouvre le régime crêpe au régime brosse. Le gonflement de brosses de PAA et la variation de la hauteur de la brosse L ont été étudiés en fonction de la densité de greffage, du pH et du sel ajouté cs (NaCl). Une transition brusque de collapsée à étirée est observée avec l’augmentation du pH, indépendamment de la densité de greffage. A pH neutre, les brosses sont collapsées et se comportent comme des brosses neutres en mauvais solvant. A pH basique, les brosses sont gonflées et chargées et se trouvent dans un régime de Pincus caractéristique des polyélectrolytes forts. En présence de sel, les charges sont partiellement écrantées et les répulsions électrostatiques dominent toujours dans la brosse. Cette étude contribue à une meilleure compréhension du comportement complexe des brosses de polyélectrolytes faibles et apporte un soutien expérimental à la théorie sur le comportement de ces brosses.

Formation et propriétés des cristaux colloïdaux issus de l’auto-assemblage de microsphères de polymère

Le besoin pour des biocapteurs à haute sensibilité mais simples à préparer et à utiliser est en constante augmentation, notamment dans le domaine biomédical. Les cristaux colloïdaux formés par des microsphères de polymère ont déjà prouvé leur fort potentiel en tant que biocapteurs grâce à l’association des propriétés des polymères et à la diffraction de la lumière visible de la structure périodique. Toutefois, une meilleure compréhension du comportement de ces structures est primordiale avant de pouvoir développer des capteurs efficaces et polyvalents. Ce travail propose d’étudier la formation et les propriétés des cristaux colloïdaux résultant de l’auto-assemblage de microsphères de polymère en milieu aqueux. Dans ce but, des particules avec différentes caractéristiques ont été synthétisées et caractérisées afin de corréler les propriétés des particules et le comportement de la structure cristalline. Dans un premier temps, des microsphères réticulées de polystyrène anioniques et cationiques ont été préparées par polymérisation en émulsion sans tensioactif. En variant la quantité de comonomère chargé, le chlorure de vinylbenzyltriméthylammonium ou le sulfonate styrène de sodium, des particules de différentes tailles, formes, polydispersités et charges surfaciques ont été obtenues. En effet, une augmentation de la quantité du comonomère ionique permet de stabiliser de façon électrostatique une plus grande surface et de diminuer ainsi la taille des particules. Cependant, au-dessus d’une certaine concentration, la polymérisation du comonomère en solution devient non négligeable, provoquant un élargissement de la distribution de taille. Quand la polydispersité est faible, ces microsphères chargées, même celles non parfaitement sphériques, peuvent s’auto-assembler et former des cristaux colloïdaux diffractant la lumière visible. Il semble que les répulsions électrostatiques créées par les charges surfaciques favorisent la formation de la structure périodique sur un grand domaine de concentrations et améliorent leur stabilité en présence de sel. Dans un deuxième temps, le besoin d’un constituant stimulable nous a orientés vers les structures cœur-écorce. Ces microsphères, synthétisées en deux étapes par polymérisation en émulsion sans tensioactif, sont formées d’un cœur de polystyrène et d’une écorce d’hydrogel. Différents hydrogels ont été utilisés afin d’obtenir des propriétés différentes : le poly(acide acrylique) pour sa sensibilité au pH, le poly(N-isopropylacrylamide) pour sa thermosensibilité, et, enfin, le copolymère poly(N-isopropylacrylamide-co-acide acrylique) donnant une double sensibilité. Ces microsphères forment des cristaux colloïdaux diffractant la lumière visible à partir d’une certaine concentration critique et pour un large domaine de concentrations. D’après les changements observés dans les spectres de diffraction, les stimuli ont un impact sur la structure cristalline mais l’amplitude de cet effet varie avec la concentration. Ce comportement semble être le résultat des changements induits par la transition de phase volumique sur les interactions entre particules plutôt qu’une conséquence du changement de taille. Les interactions attractives de van der Waals et les répulsions stériques sont clairement affectées par la transition de phase volumique de l’écorce de poly(N-isopropylacrylamide). Dans le cas des microsphères sensibles au pH, les interactions électrostatiques sont aussi à considérer. L’effet de la concentration peut alors être mis en relation avec la portée de ces interactions. Finalement, dans l’objectif futur de développer des biocapteurs de glucose, les microsphères cœur-écorce ont été fonctionnalisées avec l’acide 3-aminophénylboronique afin de les rendre sensibles au glucose. Les effets de la fonctionnalisation et de la complexation avec le glucose sur les particules et leur empilement périodique ont été examinés. La structure cristalline est visiblement affectée par la présence de glucose, même si le mécanisme impliqué reste à élucider.

Synthesis of polyelectrolyte brushes on silica-based substrates through surface-initiated polymerization : brush characterization and responsiveness to variation in pH and ionic strength

Les brosses de polyélectrolytes font l’objet d’une attention particulière pour de nombreuses applications car elles présentent la capacité de changer de conformation et, par conséquent, de propriétés de surface en réponse aux conditions environnementales appliquées. Le contrôle des principaux paramètres de ces brosses telles que l'épaisseur, la composition et l'architecture macromoléculaire, est essentiel pour obtenir des polymères greffés bien définis. Ceci est possible avec la Polymérisation Radicalaire par Transfert d’Atomes - Initiée à partir de la Surface (PRTA-IS), qui permet la synthèse de brosses polymériques de manière contrôlée à partir d’une couche d'amorceurs immobilisés de manière covalente sur une surface. Le premier exemple d’une synthèse directe de brosses de poly(acide acrylique) (PAA) par polymérisation radicalaire dans l’eau a été démontré. Par greffage d’un marqueur fluorescent aux brosses de PAA et via l’utilisation de la microscopie de fluorescence par réflexion totale interne, le dégreffage du PAA en temps réel a pu être investigué. Des conditions environnementales de pH ≥ 9,5 en présence de sel, se sont avérées critiques pour la stabilité de la liaison substrat-amorceur, conduisant au dégreffage du polymère. Afin de protéger de l’hydrolyse cette liaison substrat-amorceur sensible et prévenir le dégreffage non souhaité du polymère, un espaceur hydrophobique de polystyrène (PS) a été inséré entre l'amorceur et le bloc de PAA stimuli-répondant. Les brosses de PS-PAA obtenues étaient stables pour des conditions extrêmes de pH et de force ionique. La réponse de ces brosses de copolymère bloc a été étudiée in situ par ellipsométrie, et le changement réversible de conformation collapsée à étirée, induit par les variations de pH a été démontré. De plus, des différences de conformation provenant des interactions du bloc de PAA avec des ions métalliques de valence variable ont été obtenues. Le copolymère bloc étudié semble donc prometteur pour la conception de matériaux répondant rapidement a divers stimuli. Par la suite, il a été démontré qu’un acide phosphonique pouvait être employé en tant qu’ amorceur PRTA-IS comme alternative aux organosilanes. Cet amorceur phosphonate a été greffé pour la première fois avec succès sur des substrats de silice et une PRTA-IS en milieux aqueux a permis la synthèse de brosses de PAA et de poly(sulfopropyl méthacrylate). La résistance accrue à l’hydrolyse de la liaison Sisubstrat-O- Pamorceur a été confirmée pour une large gamme de pH 7,5 à 10,5 et a permis l’étude des propriétés de friction des brosses de PAA sous différentes conditions expérimentales par mesure de forces de surface. Malgré la stabilité des brosses de PAA à haute charge appliquée, les études des propriétés de friction ne révèlent pas de changement significatif du coefficient de friction en fonction du pH et de la force ionique.

Multilayered hydrogel coatings covalently-linked to glass surfaces showing a potential to mimic mucosal tissues

Multilayered hydrogel coatings can be developed on the surface of glass slides via layer-by-layer deposition of hydrogen-bonded interpolymer complexes formed by poly(acrylic acid) and methylcellulose. Chemical modification of the glass surface with (3-aminopropyl)triethoxysilane with subsequent layer-by-layer deposition and cross-linking of interpolymer complexes by thermal treatment allows fabrication of ultrathin hydrogel coatings, not detachable from the substrate. The thickness of these coatings is directly related to the number of deposition cycles and cross-linking conditions. An unusual dependence of the hydrogel swelling properties on the sample thickness is observed and can be interpreted by gradual transitions between two- and three-dimensional networks. The hydrogels exhibit pH-responsive swelling behaviour, achieving higher swelling degrees at pH > 6.0. These coatings can be used as model substrates to study the adhesive properties of pharmaceutical tablets and can potentially mimic the total work of adhesion observed for the detachment of mucoadhesives from porcine buccal mucosa but fail to exhibit identical detachment profiles.