Poly(N-isopropylacrylamide) - Définition
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.
Production scientifique
En 1991, H. Schild dresse une revue extrêmement complète des travaux effectués sur le PNIPAM. Il commence cette revue de 87 pages par un diagramme retraçant le nombre de publications scientifiques concernant le PNIPAM entre 1955 et août 1991. Avec un total d'environ 300 références, il qualifie la croissance du nombre de publications de « plutôt explosive ». En mai 2008, la même recherche effectuée selon le même protocole donne un total de 3645 références et une progression réellement explosive.
Applications en optique
Diffraction
Les propriétés originales du PNIPAM permettent d'envisager son intégration dans des systèmes nécessitant des actionneurs réversibles ; c'est notamment le cas en optique. Weissman et al. explorent ainsi l'intégration de PNIPAM dans un réseau colloïdal cristallin (crystalline colloidal array, CCA). Les molécules de PNIPAM gonflé, organisées en réseau cubique centré, n'entraînent qu'une faible diffraction de Bragg des rayonnements infrarouge, visible et ultraviolet, tandis qu'un réseau de PNIPAM replié les diffracte beaucoup plus. Ils étudient d'autre part l'intégration d'un CCA de sphères de polystyrène dans un hydrogel de PNIPAM : le changement conformationnel du PNIPAM entraîne un changement de la constante de réseau ; la température permet ainsi de contrôler la longueur d'onde diffractée sur tout le spectre visible.
Filtrage
Le repliement du PNIPAM lors de sa transition entraîne également une modification optique : il passe d'un état transparent à un état opaque ; il est envisageable de développer des filtres à base de PNIPAM. Mias et al. ont ainsi étudié la transmission d'un signal à 365 nm à travers une couche de PNIPAM ; ils observent une atténuation de 38 dB entre le PNIPAM gonflé et le PNIPAM replié.
Bascule conformationnelle
Mécanisme réversible
La principale caractéristique du PNIPAM, qui en fait un polymère très utilisé, est sa transition d'un état gonflé et hydrophile (sous sa température de transition) à un état replié et hydrophobe (au-delà de la température de transition). En 1968, Heskins et al. attribuent cette « transition de phase » à un effet entropique, dû à la formation de liaisons hydrophobes. Graziano et al. comparent la transition du PNIPAM à la renaturation à froid des petites protéines globulaires, considérée comme une transition moléculaire du premier ordre. La transition du PNIPAM a été observée par de nombreuses techniques de caractérisation, notamment par microbalance à quartz (quartz crystal microbalance, QCM).
Modification de la température de transition
La température de transition du PNIPAM (LCST) dépend fortement des conditions de polymérisation ; Plunkett et al. montrent en 2006 l'influence du poids moléculaire et de la densité de greffage. Des facteurs extérieurs influent également sur la LCST, comme le pH, la nature du solvant et les sels présents dans la solution. Il est possible de modifier la température de transition en combinant le PNIPAM à d'autres polymères comme l'acrylamide ; Rollason et al. formulent ainsi un copolymère NIPAM/N-t-butylacrylamide (NTBAM) avec une LCST de 8 °C. D'autres équipes ont étudié plusieurs copolymères de NIPAM et remarqué que leur LCST augmente lorsque la fraction de NIPAM diminue.
Composante thermosensible
La copolymérisation de NIPAM avec d'autres monomères permet de synthétiser des gammes de copolymères thermosensibles ayant des températures de transition différentes. L'association du NIPAM avec d'autres monomères est souvent utilisée pour leur adjoindre un comportement thermosensible ; il est ainsi possible de combiner les caractéristiques de plusieurs polymères : un copolymère NIPAM-acide méthacrylique est sensible à la fois à la température et au pH. Cette démarche consistant à greffer le PNIPAM sur un micro-objet pour le rendre thermosensible est aussi utilisée dans les applications biologiques du PNIPAM : on conjugue par exemple du NIPAM avec des cellules, des protéines ou de l'ADN.
