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Core-shell nanoparticles via RAFT-photomediated PISA : formation mechanism, characterization and advanced nanomaterials
Tkachenko, Vitalii (1994-....)
Résumé
En près de deux décennies, l'auto-assemblage induit par polymérisation (PISA) est apparu comme une méthode majeure pour la synthèse de nanoparticules à base de copolymères amphiphiles.
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La PISA induite par voie photochimique (photoPISA) ouvre des voies pour l'amélioration des conditions de procédé, en ce qui concerne l'efficacité de la réaction, la consommation d'énergie et la sécurité. S’appuyant sur un mécanisme de transfert de chaîne de fragmentation par addition réversible (RAFT) photorégulé, un procédé photoPISA original est décrit. Ses trois caractéristiques sont une réaction à température ambiante, l'utilisation de la lumière visible pour le contrôle temporel de la réaction, et l'absence d'amorceur radicalair. La génération de radicaux amorceurs procède via des agents photosensibles RAFT subissant un β-clivage homolytique sous la lumière visible. L'accent a été mis sur le mécanisme gouvernant la formation des nanoparticules et sur la manière dont les propriétés optiques (absorption et diffusion) changent au cours de la polymérisation. Pour mieux caractériser l'architecture cœur-écorce des nanoparticules dérivées de la PISA, nous proposons une approche multi-technique basée sur l'imagerie par microscopie électronique et des méthodes physico-chimiques indirectes, principalement la calorimétrie différentielle à balayage modulée en température. Enfin, les nano-objets dérivés de PISA ont été exploités dans deux domaines émergents : l’utilisation comme gabarit dans la synthèse de carbones mésoporeux et comme nanoparticules fluorescentes pour l'imagerie optique des cellules..Within almost two decades, polymerization-induced self-assembly (PISA) has emerged as a major method for the synthesis of amphiphilic block copolymer nanoparticles. Photochemically initiated PISA (photoPISA) opens avenues for improved process conditions in regards to reaction efficiency, energy consumption and safety. Herein, an original photoPISA process is developed based on a photomediated reversible-addition fragmentation chain transfer (RAFT) mechanism. Three key features characterize our process: an ambient temperature reaction, the use of visible light to start and temporally control the reaction, and the absence of radical initiator. The possibility to avoid the use of any exogenous initiator relies on photosensitive RAFT agents which undergo homolytic β-cleavage under visible light. Emphasis has been made on the mechanism governing nanoparticles formation and how optical properties (absorption and scattering) change over the polymerization course. Additionally, we propose a multi-techniques approach based on electron microscopy imaging and indirect physicochemical methods (mostly temperature modulated differential scanning calorimetry) for better characterizing the core-shell nanoparticle architecture of PISA-derived nanoparticles. Finally, the potential of PISA-derived nano-objects in two emerging fields: templated synthesis of mesoporous carbon materials and optical imaging of cells using fluorescent nanoparticles.