Gonflement des hydrogels

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1 Gonflement des hydrogels
poly(acrylamide-co-hydroxyéthyl méthacrylate)- Piégeage-relargage de l’acide salicylique N. Baït, B. Grassl, C. Derail et A. Benaboura. 5ème Séminaire National sur les Polymères (SNP5), Bejaïa, les 02 et 03 décembre 2015

2 Système de relargage transdermique (TDDS) à tack intrinsèque
Enveloppe imperméable Réservoir de la formulation Membrane régulatrice Adhésif Réservoir de la formulation-PSA TDDS conventionnel TDDS visé Peau Pallier aux problèmes des TDDS conventionnels qui perdent leur adhésion en présence de la transpiration Superbasorbant. Biocompatible. Testé in vivo. Polyacrylamide Hydrogels Poly(hydroxyethyl méthacrylate) Bicompatible. Perméable à l’oxygène. Non toxique. Largement utilisé dans les applications médicales Acide Salicylique Principe actif Antalgique et antifébrile Agent kératolytique et comédolytique

3 Propriétés « réservoir »
Adhésif Sensible à la Pression PSA + tenue mécanique Hydrogel Propriétés « réservoir » Propriétés mécaniques Propriétés de surface Diffusion et transport Propriétés de gonflement

4 Plan de l’exposé Synthèse des hydrogels Gonflement des hydrogels: eau
solution d’acide salicylique Transport à travers les matrices hydrogels Application au piégeage-relargage de l’acide salicylique Conclusion

5 (2-Hydroxyéthyl méthacrylate) (HEMA)
Synthèse des hydrogels P(AM-HEMA) Acrylamide (AM) + (2-Hydroxyéthyl méthacrylate) (HEMA) K2S2O8 N,N’-méthylène-Bis-acrylamide (Bis) Persulfate de Potassium (KPS) H2O, 60°C 1ère formulation 2ème formulation Série 1 Série 2 %Bis =0.46% (mol/mol) %Bis =1% %M=7% %Bis =5% %M=7% Série 3 P(AM-HEMAx) %M=7% x=0,5, 10, 15, 20, 30, 50, 80 et 100%mol P(AM-HEMAx)B1 P(AM-HEMAx)B5 x= composition molaire en HEMA x= 0, 5, 10, 15, 20, 30, 50, 80 et 100%

6 Gonflement des hydrogels P(AM-HEMA)
Taux de gonflement normalisé Q∞ Cinétique de gonflement d’un hydrogel, Qt = f(t)

7 d’hydrogels issus de formulations différentes.
Cinétiques de gonflement des hydrogels P(AM-HEMA) dans l’eau Phénomène d’overshoot Cinétiques de gonflement, à 25°C, dans l’eau milli Q, d’échantillons d’hydrogels issus de formulations différentes.

8 Effet de la composition chimique des réseaux sur leur gonflement
Effet de la composition en HEMA % mol HEMA PAM superabsorbant PHEMA hydrophobe Copolymérisation Hydrophobie Nombre de sites hydrophiles

9 Effet de la densité de réticulations
Q∞ % mol HEMA Densité de réticulation Q∞ Copolymérisation Composition critique en HEMA

10 dans une solution d’acide salicylique.
Effet de la composition du solvant Q∞ Gonflement des hydrogels P(AM-HEMA), à 25°C, dans une solution d’acide salicylique. Interactions AS-AM Réduction du nombre de sites hydrophiles. L’AS affecte moins le gonflement des hydrogels copolymères. L’AS n’affecte pas le gonflement du PHEMA.

11 Mécanisme de transport
 Phénomènes de transport et diffusion à travers les hydrogels P(AM-HEMA)  Model de la loi de puissance  Mt/M∞ ≤ 0,6 : fraction du milieu pénétrant absorbée ou bien la fraction de soluté relarguée à un instant t, normalisée selon les conditions d’équilibre. k : constante qui englobe les caractéristiques du système réseau/milieu gonflant. n : appelé exposant de gonflement détermine la dépendance, du temps, de la vitesse d’absorption ou de relargage. Mécanismes de transport du milieu gonflant à travers une cloison polymère n Type de transport Mécanisme de transport 0.5 Diffusion Fickienne La vitesse de mobilité du pénétrant est beaucoup plus faible que la vitesse de relaxation des segments de chaînes. 0.5 < n < 1.0 Diffusion non-Fickienne (anormale) Les vitesses de diffusion et de relaxation sont comparables, d’où la complexité de ce type de diffusion. 1.0 Transport cas II La vitesse de mobilité du pénétrant est beaucoup plus grande que la vitesse de relaxation des segments de chaînes. n > 1.0 Transport super cas II caractérisée par une accélération de la vitesse d’absorption à la fin du processus de pénétration.

12 Détermination du coefficient de diffusion
Pente de la courbe de sorption = D coefficient de diffusion Echelle double logarithmique = f (t1/2) Courbe de sorption Mt/M∞ ≤ 0,5 Approximation de Stéphan Mt  : masse d’eau sorbée à un instant donné M∞ : masse d’eau sorbée à l’équilibre D : le coefficient de diffusion du soluté dans le réseau hydrogel. l : l’épaisseur initiale de l’échantillon.

13 (b) (a) (d) (c) Evolution linéaire, en fonction du temps (en échelle double logarithmique), (a) de la fraction d’eau prise par les hydrogels P(AM-HEMA)-B1. (b) de la fraction d’eau prise par les hydrogels P(AM-HEMA)-B5. (c) de la fraction d’eau prise par les hydrogels P(AM-HEMA). (d) de la fraction de solution d’acide salicylique prise par les hydrogels P(AM-HEMA).

14 Transport et diffusion de l’eau à travers les hydrogels P(AM-HEMA)
Valeurs des paramètres du phénomène de transport et du coefficient de diffusion de l’eau dans les hydrogels simples P(AM-HEMA) Hydrogels n Deau.1010 (m2.s-1) PAM 0,77 3,1 P(AM-HEMA10) 0,68 4,5 P(AM-HEMA20) 0,66 4,8 PHEMA 0,71 21,9 Diffusion anormale. La copolymérisation fait augmenter la vitesse de relaxation des sub-chaînes. Effets adverses pour le PHEMA.

15 Transport et diffusion de la solution d’acide salicylique à travers les hydrogels P(AM-HEMA) 
Valeurs des paramètres du phénomène de transport et du coefficient de diffusion de l’eau et de la solution d’acide salicylique dans les hydrogels P(AM-HEMA) Hydrogels n D. 1010 (m2.s-1) PAM PAM-AS 0,77 0,63 3,1 4,0 P(AM-HEMA10) P(AM-HEMA10)- AS 4,5 4,9 P(AM-HEMA20) P(AM-HEMA20)- AS 0,68 0,64 4,8 5,1 PHEMA PHEMA- AS 0,71 0,41 21,9 5,2 La diffusion de l’AS est non-Fickienne (%mol HEMA= 0 , 10 et 20). Diffusion Fickienne de l’AS dans le PHEMA. Faible affinité AS-PHEMA.

16 Application des hydrogels P(AM-HEMA) au piégeage-relargage de l’acide salicylique 
Aspect qualitatif t Gel chargé de AS eau relargage Gel sorti de synthèse Solution d’Acide Salicylique piégeage Analyse UV des bains

17 Quantification du piégeage-relargage de l’acide salicylique
Valeurs du rapport du nombre de moles d’AS prises par unité de masse au nombre de moles de AS dans la solution initiale. Hydrogels (nAS piég / nAS init) (%) PAM 29,3 P(AM-HEMA10) 23,8 P(AM-HEMA20) 21,4 PHEMA 6,5 Valeurs du rapport de nombre de moles d’AS relarguées par unité de masse de gel au nombre de moles de AS piégées. Hydrogels (nAS rel / nAS pié) (%) PAM 28,6 P(AM-HEMA10) 38,3 P(AM-HEMA20) 46,9 PHEMA 63,7

18 Transport de l’acide salicylique à travers les hydrogels vers le substitut de peau
Hydrogel sorti de synthèse Solution de AS Pression sur le Substitut de peau Gel Peau tcontact=1 semaine Analyse RAMAN AS PAM-AS PAM après séparation de la peau (face peau) PAM après séparation de la peau (face air) PAM

19 Conclusion Les hydrogels P(AM-HEMA) sont de bons absorbants.
Les propriétés de gonflement des hydrogels P(AM-HEMA) sont principalement dépendantes de l’architecture de leurs réseaux. Les spécifications de cette architecture apparaissent durant le processus de polymérisation-réticulation Les interactions Polyacrylamide-acide salicylique (PHEMA-AS) pourraient être mises à profit pour contrôler la libération de ce principe actif. Dualité des propriétés  « réservoir » et d’adhésif sensible à la pression.

20 Merci de votre attention