Poly(N-isopropylacrylamide) - Définition

Introduction

Structure du poly(N-isopropylacrylamide). La structure entre crochets constitue, en se répétant, le squelette des chaînons du polymère.

Le poly(N-isopropylacrylamide) (abrégé en polyNIPAM, PNIPAM ou PNIPAAm) est un polymère thermosensible qui subit une transition réversible autour de 32 °C. Sous cette température de transition (LCST, lower critical solution temperature), il est hydrophile et gonflé en solution aqueuse ; au-delà, il devient hydrophobe et se recroqueville sur lui-même. Il est possible d'ajuster la LCST en combinant le NIPAM à d'autres monomères, en réalisant une copolymérisation. Le comportement original du PNIPAM en fait un polymère étudié pour de nombreuses applications. En optique, on envisage des applications telles que le filtrage et le réglage de longueur d'onde. Le principal domaine d'application du PNIPAM est celui des sciences du vivant ; le polymère est souvent conjugué à des objets biologiques (anticorps, enzymes, etc.) pour les rendre thermosensibles ; il est ainsi possible de réaliser des immuno-tests utilisant la précipitation par affinité basée sur un bioconjugué de PNIPAM. Le PNIPAM est aussi utilisé comme coque autour de solutés, pour des applications en administration de médicaments. Les couches de PNIPAM, hydrophobes à la température du corps humain, servent également de supports de culture de cellules et permettent une libération douce sans digestion enzymatique.

Polymère thermosensible

Schéma de la transition du PNIPAM en solution et sur une surface. R_g indique le rayon de giration.

Un polymère est une macromolécule, en général organique, constituée de molécules élémentaires ayant la même nature chimique, les monomères. La réaction de polymérisation conduit à la formation de macromolécules, ayant une structure tridimensionnelle, par établissement de liaisons covalentes entre les monomères. Un polymère actionnable (stimuli-responsive polymer) subit une modification de ses propriétés physiques sous l'action d'un stimulus extérieur : pH, température, force ionique, champ électrique, rayonnement lumineux, etc.

Le poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM, numéro CAS : 25189-55-3) est un polymère subissant une transition macromoléculaire réversible, d'un état hydrophile à un état hydrophobe, autour de sa température inférieure critique de solution (lower critical solution temperature, LCST) ; cette transition est rapide et située entre 30 °C et 35 °C. Sous sa température de transition, le PNIPAM est soluble dans l'eau, visqueux et gonflé. Au-delà de sa température de transition, il devient hydrophobe et insoluble dans l'eau ; il expulse l'eau et se replie sur lui-même afin de présenter une surface minimale à l'eau. Ce changement de conformation le rend opaque, solide et réduit drastiquement son encombrement stérique.

Polymérisation

Le monomère du PNIPAM est le N-isopropylacrylamide (NIPAM) dont la structure contient celle de l'acrylamide ; il peut être polymérisé en PNIPAM de nombreuses façons : initiation par des radicaux libres en solution organique, initiation redox en solution aqueuse, polymérisation ionique, etc. ; la polymérisation par plasma est plus récente. La polymérisation peut être effectuée en solution ou sur une surface ; dans ce cas, il est généralement greffé par l'intermédiaire d'une couche de type silane. Le PNIPAM peut également être fixé sur du polystyrène, du PET (polyéthylène téréphtalate) et du PEG (polyéthylène glycol).