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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
Système de relargage transdermique
(TDDS) à tack intrinsèque
Enveloppe imperméable
Réservoir de la formulation
Enveloppe imperméable
Réservoir de la
formulation-PSA
Membrane régulatrice
Adhésif
TDDS visé
Peau
TDDS conventionnel
Pallier aux problèmes des TDDS conventionnels
qui perdent leur adhésion en présence de la transpiration
Hydrogels
Polyacrylamide
•Superbasorbant.
• Biocompatible.
• Testé in vivo.
Poly(hydroxyethyl méthacrylate)
• Bicompatible.
• Perméable à l’oxygène.
• Non toxique.
• Largement utilisé dans les
applications médicales
Principe actif
Acide Salicylique
• Antalgique et antifébrile
• Agent kératolytique et
comédolytique
Adhésif Sensible à la Pression PSA + tenue mécanique
log G', log G''
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
log (fréquence)
Hydrogel
Propriétés « réservoir »
Propriétés de gonflement
 Propriétés mécaniques
 Propriétés de surface
 Diffusion et transport
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
Synthèse des hydrogels P(AM-HEMA)
O
O
+
CH2
+
NH
Acrylamide (2-Hydroxyéthyl méthacrylate)
(AM)
(HEMA)
%Bis =1%
%M=7%
P(AM-HEMAx)B1
H2O, 60°C
Persulfate de
N,N’-méthylèneBis-acrylamide (Bis) Potassium (KPS)
1ère formulation
Série 1
NH
+ K2S2O8
Série 2
2ème formulation
%Bis =0.46% (mol/mol)
%Bis =5%
%M=7%
P(AM-HEMAx)B5
x= composition molaire en HEMA
x= 0, 5, 10, 15, 20, 30, 50, 80 et 100%
Série 3
P(AM-HEMAx)
%M=7%
x=0,5, 10, 15, 20, 30, 50, 80 et 100%mol
Gonflement des hydrogels P(AM-HEMA)
Taux de gonflement normalisé
Q∞
Equilibre de gonflement
Qt
12
8
4
0
0
10000
t (mn)
20000
Cinétique de gonflement d’un hydrogel, Qt = f(t)
Cinétiques de gonflement des hydrogels P(AM-HEMA) dans l’eau
Phénomène d’overshoot
100
Qt
80
PAM
PAM-Bis5
P(AM-HEMA20)
P(AM-HEMA50)
P(AM-HEMA50)Bis1
60
40
20
0
0
5000
10000
15000
20000
t (mn)
Cinétiques de gonflement, à 25°C, dans l’eau milli Q, d’échantillons
d’hydrogels issus de formulations différentes.
Effet de la composition chimique des réseaux sur leur gonflement
 Effet de la composition en HEMA
Q∞
80
60
40
20
0
0
5
10
15
20
30
50
 PAM superabsorbant
 PHEMA hydrophobe
Hydrophobie
Copolymérisation
Nombre de sites hydrophiles
80
100
 Effet de la densité de réticulations
Q∞
80
60
40
P(AM-HEMA)B5
20
P(AM-HEMA)B1
0
0
5
10
15
Densité de réticulation
Copolymérisation
20
30
50
80
100
Q∞
Composition critique en HEMA
 Effet de la composition du solvant
Q∞
80
60
SA
eau
40
20
0
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.
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)
1.0
Transport cas II
Les vitesses de diffusion et de relaxation sont comparables, d’où
la complexité de ce type de diffusion.
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.
Détermination du coefficient de diffusion
Courbe de sorption
= f (t1/2)
Echelle double
logarithmique
Approximation de Stéphan
Pente de la courbe de
sorption = D coefficient
de diffusion
Mt/M∞ ≤ 0,5
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.
1,0
Mt / Minf
0,8
P(AM-HEMA10)
P(AM-HEMA20)-AS
PHEMA-AS
P(AM-HEMA20)B5
P(AM-HEMA10)-B5
0,6
0,4
0,2
Zone de linéarité
0,0
0
20
40
60
80
1/2
t
100
120
140
160
0
(b)
-0,5
(a)
-3
Ln(Mt/Minf)
PAM-Bis1
P(AM-HEMA5)-Bis1
P(AM-HEMA10)-Bis1
P(AM-HEMA15)-Bis1
P(AM-HEMA20)-Bis1
P(AM-HEMA30)-Bis1
P(AM-HEMA50)-Bis1
P(AM-HEMA80)-Bis1
PHEMA-Bis1
-2
PAM-Bis5
P(AM-HEMA5)-Bis5
P(AM-HEMA10)-Bis5
P(AM-HEMA15)-Bis5
P(AM-HEMA20)-Bis5
P(AM-HEMA30)-Bis5
P(AM-HEMA50)-Bis5
P(AM-HEMA80)-Bis5
PHEMA-Bis5
-1,5
-2,0
-2,5
-3,0
-3,5
-4
2
3
4
5
6
7
3
8
4
5
6
7
Ln t
Ln t
(d)
-0,5
(c)
PAM
P(AM-HEMA5)
P(AM-HEMA10)
P(AM-HEMA15)
P(AM-HEMA20)
P(AM-HEMA30)
P(AM-HEMA50)
P(AM-HEMA80)
PHEMA
-2
-3
-1,0
Ln(Mt/Minf)
-1
Ln(Mt/Minf)
Ln(Mt/Minf)
-1,0
-1
-1,5
-2,0
PAM
P(AM-HEMA10)
P(AM(HEMA20)
PHEMA
-2,5
-3,0
3
-4
3
4
5
6
7
8
4
5
Ln t
Ln t
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).
6
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.
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
0,77
3,1
PAM-AS
0,63
4,0
P(AM-HEMA10)
0,63
4,5
P(AM-HEMA10)- AS
0,63
4,9
P(AM-HEMA20)
0,68
4,8
P(AM-HEMA20)- AS
0,64
5,1
PHEMA
0,71
21,9
PHEMA- AS
0,41
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.
Application des hydrogels P(AM-HEMA) au piégeage-relargage
de l’acide salicylique
 Aspect qualitatif
t
Gel sorti de
synthèse
eau
Gel chargé de AS
Solution d’Acide
Salicylique
Bain PAM
Bain P(AM-HEMA10)
Bain P(AM-HEMA20)
Bain PHEMA
-2
Sol initiale 10 M
0,8
Absorbance
Analyse UV des bains
1,0
Absorbance
piégeage
relargage
Relargage P(AM-HEMA10)
Relargage P(AM-HEMA20)
Relargage PAM
0,5
0,4
0,0
300
0,0
300
Longueur d'onde (nm)
350
Longueur d'onde (nm)
350
 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
Transport de l’acide salicylique à travers les hydrogels vers le
substitut de peau
Solution de
AS
Pression sur le
Substitut de peau
Gel
Peau
Hydrogel sorti de synthèse
tcontact=1 semaine
Absorbance
Analyse RAMAN
3600
3400
3200
3000 1150
1100
1050
1000
900
850
800
750
Nombre d'onde (cm-1)
AS
PAM-AS
PAM
PAM après séparation de la peau (face peau)
PAM après séparation de la peau (face air)
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.
Merci de
votre
attention