ТЕЗИ. Представлено в L UNIVERSITÉ BORDEAUX 1 ДОКТОРІЙНА ШКОЛА ХІМІЧНИХ НАУК. Для отримання звання ЛІКАРЯ
Замовлення: 3287 TÈSE Представлено в L UIVERSITÉ BRDEAUX 1 ECLE DCTRALE DES SCIECES CIMIQUES Автор: Maude LE ELLAYE Для отримання звання DCTEUR Спеціальність: PLYMÈRES --------------------- - ----------------- Синтез та самостійне збирання поліефір-b-полі (α-амінокислоти) диблок-сополімерів ------------- - ------------------------- Підтримується: 13 грудня 2006 р. За порадою: MM VERT ML BUTEILLER Директор з досліджень - CRS Директор з досліджень - CRS Репортер Репортер Перед екзаменаційною комісією, сформованою: MS RAVAIE ML BUTEILLER MM VERT MA SUM MS LECMMADUX Mrs. S. GUILLAUME професор - Університет Бордо1 Директор з досліджень - Директор з досліджень CRS - Професор CRS - Професор ESCPB - Науковий співробітник ESCPB - CRS - 2006 - Голова доповідач доповідач екзаменатор екзаменатор (Ra) екзаменатор
II.1. Підготовка частинок шляхом нанопреципітації 138 II.2. Структурний аналіз наночастинок 141 III. Міцелізація амфіфільних кополімерів PCL-b-PGA та PTMC-b-PGA 144 IV. Ферментативна деградація наночастинок сополімеру 146 Висновок 148 Бібліографічні посилання 149 Загальний висновок Експериментальна частина Додатки
Частина 3: Самозбір в масі поліефір-полі (α-амінокислоти) блок-сополімерів Рис. 3-2: Спрощена теоретична фазова діаграма жорстко-гнучкого диблок-сополімеру 13 Експериментально певна кількість диблокових та триблочних сополімерів жорстко-гнучкого типу, їх надмолекулярні структури та їх властивості описані в літературі. 4,5,15-17 Блок-сополімери, що складаються з гнучкого сегмента та поліпептидного сегмента, представляють окремий випадок жорстко-гнучких систем з урахуванням жорсткого характеру, що надається поліпептиду завдяки його α спіральній конформації. Повідомляється про численні приклади синтезу цих ди- та триблочних кополімерів, що складаються з гнучких блоків PB, PI, PS, PE, PP або PLLA та жорстких блоків PBLG або PLys, та вивчення їх поведінки в масі. 18 Як правило, автори спостерігають утворення пластинчастої фази, що складається із стопки шарів двох полімерів, а також гексагональної підструктури, що складається з полі (α-амінокислотних) ланцюгів в α спіралі, це „гексагональ” морфологія. в пластинчатому ”(L) (рис. 3-3). 19-24 Рис. 3-3: Схематичне зображення морфології «гексагональної в пластинчастій» (L) 24 111
Частина 3: Самозбір в масі поліефір-полі (α-амінокислоти) блок-сополімерів У той час як смуги поглинання, розташовані на 1655 см -1 (амід I) та 1546-1548 см -1 (амід II), характерні для правого α-пропелер, смуги поглинання, розташовані на 1668 см -1 та 1555-1557 см -1, характерні для α-гвинта з лівим кроком. Амідна смуга I, що відповідає паралельній конформації β-аркуша, зі своєї частини розташована близько 1636-1640 см -1 і зміщена до 1622-1632 см -1 для антипаралельної конформації β-аркуша. Спектри пропускання, що відповідають блок-сополімерам PCL-b-PBLG та PTMC-b-PBLG, представлені на рис. 3-5 & Рис. 3-6. PCL62-b-PBLG36 PCL16-b-PBLG42 PCL16-b-PBLG74 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 ν (см -1) Рис. 3-5: Спектри IRTF сополімерів PCL-b-PBLG різного складу PTC20-b-PBLG12 PTC20-b-PBLG46 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 ν (см -1) Рис. 3-6: IRTF-спектри сополімерів PTMC-b-PBLG різного складу 113
Частина 3: Самозбір в масі поліефірно-полі (α-амінокислотних) блок-сополімерів Що стосується блоку PBLG, перехід, що спостерігається до 110 C, зазвичай пояснюється незворотною зміною конформації спіралі 7/2 до гвинта α 18/5 суттєво змінюється у формі та інтенсивності. Зокрема, цей перехід стає бімодальним, з піком, який знаходиться близько 90-105 ° С, і піком, розташованим близько 105-115 ° С, відповідно більш інтенсивним і менш інтенсивним із збільшенням масової частки PBLG (рис. 3-9, рис. 3 -10 & рис.3-8). Більше того, перший з двох переходів є незворотним, тоді як другий спостерігається також під час другого нагрівання, що говорить про те, що він є оборотним. 0,0-45 C PCL 16 -b-pblg 25 (A): 1-й нагрівач (B): 2-й нагрівач Тепловий потік (Вт/г) -0,2-0,4-0,6-46 C 0, 9 Дж/г 10,3 Дж/г 90 C 105 C 8,7 Дж/г (A) (B) 104 C -0,8-100 -50 0 50 100 150 Температура нагрівання (C) Рис. 3-9: DSC-аналіз зразка PCL 16 -b-pblg 25 0,0 PCL 16 -b-pblg 42 (A): 1-е нагрівання (B): 2-е нагрівання Тепловий потік (Вт/г) - 0,2-0,4-0,6 -42 C 96 C 108 C 7,9 Дж/г (A) (B) 108 C -0,8-100 -50 0 50 100 150 Температура нагрівання (C) Рис. 3-10: DSC-аналіз зразка PCL 16 -b-pblg 42 116
Частина 3: Самозбір в масі поліефір-полі (α-амінокислоти) блок-сополімерів, рухливість цих сегментів пов'язана з наявністю все більш довгого жорсткого блоку (PBLG). Для сегмента PBLG ми спостерігаємо, як і для PCL, бімодальність переходу, як правило, пояснюється незворотною зміною конформації спіралі 7/2 до спіралі α 18/5 з піком, розташованим близько 95-105 C і пік, розташований до 105-115 ° С, відповідно більш інтенсивний та менш інтенсивний із збільшенням молярної частки PBLG. Крім того, як і в попередньому випадку, другий перехід є оборотним (тоді як перший - ні), в цьому конкретному випадку зміщення піку в бік нижчих температур під час другого нагрівання може призвести до кращої організації. друга кристалічна форма PBLG після відпалу. Таким чином, термічний аналіз кополімерів PTMC-b-PBLG підтверджує гіпотези, зроблені у випадку зразків кополімерів PCL-b-PBLG. 0,0 PTMC 20 -b-pblg 12 (A): 1-е нагрівання (B): 2-е нагрівання -20 C -0,2 Тепловий потік (Вт/г) -0,4-0,6-20 C 3, 2 Дж/g 105 C (A) (B) 95 C -0,8-100 -50 0 50100150 Температура підвищення температури (C) Рис. 3-12: DSC-аналіз зразка PTMC 20 -b-pblg 12 118
Частина 3: Самозбір в масі поліефір-полі (α-амінокислоти) блок-сополімерів 0,0 PTMC 20 -b-pblg 38 (A): 1-е нагрівання (B): 2-е нагрівання -18 C -0, 2 Тепловий потік ( Вт/г) -0,4-0,6-17 C 16 C 99 C 2,0 Дж/г 112 C (A) (B) 100 C -0,8-100 -50 0 50100150 Температура вгору (C) Рис. 3-13: DSC-аналіз зразка PTMC 20 -b-pblg 38 0,0 PTMC 20 -b-pblg 46 (A): 1-е нагрівання (B): 2-е нагрівання -14 C -0,2 Тепловий потік (Вт/г) -0,4 -0,6-15 C 16 C 102 C 1,2 Дж/г 114 C (A) 103 C -0,8-100 -50 0 50 100 150 Температура нагрівання (C) (B) Рис. 3-14: DSC-аналіз зразка PTMC 20 -b-pblg 46 Висновки/коментарі: Ці термічні аналізи в DSC дозволили нам, з одного боку, на додаток до попередньої інформації, отриманої в результаті характеристик RM та CES, підтвердити отримання блок-структури сополімерів поліефір-b-полі (γ-бензил-1-глутамат) і, з іншого боку, для демонстрації поділу фаз в наших твердотільних блокових архітектурах. Вони також дозволили нам вперше продемонструвати в цьому типі сополімеру другий стан організації сегментів PBLG всередині кополімерів. 119
Частина 3: Самозбір в масі поліефір-полі (α-амінокислоти) блок-сополімерів (a) 3000 2500 2000 0,46 50 C 100 C 110 C 120 C 150 C 50 C ref (b) 1200 1000 800 0, 29 0,46 0,81 0,93 1,33 1,53 20 C 80 C 150 C 80 C ref 20 C ref I (ua) 1500 0,29 0,81 0,93 1,23 1,36 I (ua) 600 1000 400 500 200 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 q (Å -1 ) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 q (Å -1) Рис. 3-17: Профілі дифузної інтенсивності у WAXS для сополімерів PCL 16 -b-pblg 74 (a) та PCL 62 -b-pblg 36 (b) при різних температурах. В обох випадках насправді ми бачимо, що вони проявляються дуже чітко із зростанням температури, повна серія бреггівських піків порядку 1: 3: 2, розташована при 0,46: 0,81 та 0,93 Å -1, характерна для фази циліндричної гексагональної симетрії, утвореної спіральними ланцюгами PBLG α. Періодичність (d α) цієї гексагональної структури, розрахована з піку першого порядку (0,46 Å -1), відповідає міжмолекулярній відстані між двома сусідніми ланцюгами PBLG (= діаметр спіралі) і дорівнює приблизно 1,6 нм . Крім того, відносно широкий дифузійний пік, розташований близько 1,3 Å -1, який також виглядає набагато чіткіше з температурою, пояснюється кроком спіралі α та середньою відстанню (
5 Å) між ароматичними кільцями блоку PBLG. Відповідно до додаткових аналізів, проведених за допомогою температурної спектроскопії IRTF, появи пластинчастої організації β-листів сегментів PBLG з температурою не спостерігається. У випадку сополімеру PCL 62 -b-pblg 36 (рис. 3-17/b), склад якого дозволяє спостерігати піки, що приписуються локальній напівкристалічній організації блоку PCL, на відміну від PCL 16-b-pblg сополімер 74, вони логічно зникають із температурою, оскільки ми тоді перевищуємо температуру плавлення блоку PCL і знову з'являються, коли температура знижується і блок PCL перекристалізується. Крім того, здається, кристалізація блоку PCL не порушує локальну організацію сегментів PBLG. У випадку зразка проміжного складу PCL 16 -b-pblg 25, для якого блок PBLG має досить низький ступінь полімеризації, що дає 122
Частина 4: ПЛІЄСТЕР-b-ПЛІ (α-сприятлива КИСЛОТА) КЛІМЕРІЧНІ АПАРТАМЕНТИ
Частина 4: Аночастинки поліефір-b-полі (α-амінокислоти) блок-сополімерів, максимальна авторська омогенність = 80 нм Сер. = 150 нм 650 нм Рис. 4-5: AFM зображення наночастинок PCL 62 -b-pblg 36, приготовлених згідно з протоколом (A) автор макс. = 150 нм 2,25 мкм Зовнішній вигляд фібрилярної структури PCL PBLG автор макс. = 150 нм 1,25 мкм автор макс. = 150 нм 750 нм Рис. 4-6: AFM зображення наночастинок PCL 62 -b-pblg 36, приготованих згідно з протоколом (B) 142
Частина 4: Аночастинки поліефір-b-полі (α-амінокислоти) блок-сополімерів у двох випадках, значення гідродинамічних радіусів утворених міцел набагато вищі, ніж ті, що спостерігаються в літературі, наприклад для систем PCL- b амфіфільні сополімери -PE, отримані безпосереднім розчиненням з нагріванням до 80 С (R
20 нм). 44 Дослідження полі (бутадієн) -b-pga (PB-b-PGA) амфіфільних блок-сополімерних систем, Chécot et al. продемонстрував утворення міцел (R
35 нм) і везикули (R
Від 53 до 106 нм) залежно від довжини сегмента PGA. 45 У випадку систем PB 48 -b-pga n, де n = 114 і 145, автори отримують міцели, тоді як при n = 20 і 56 автори отримують везикули (ця структура підтверджена визначенням співвідношення RG/R ). Розміри наших систем близькі до тих, що спостерігаються у випадку з везикулами PB-b-PGA, але не маючи можливості виконувати вимірювання радіусу обертання за допомогою статичного розсіяння світла, ми не можемо сказати, що це справді везикули. Однак отримані великі розміри (щодо молекулярних розмірів) припускають утворення везикул. Аналізи, проведені за допомогою трансмісійної електронної мікроскопії (ТЕМ), дозволили нам спостерігати морфологію везикулярного типу, розміри порівнянні з розмірами, виміряними за допомогою розсіяння світла. Рис. 4-8: ТЕМ-зображення PCL 16 -b-pga 74 (ліворуч) та PTMC 20 -b-pga 26 (праворуч) везикули 145