Préparation de textiles biofonctionnels par fonctionnalisation de surface basée sur la nanoencapsulation

La présente thèse a été réalisée dans le cadre du projet de doctorat joint SMD-Tex, en partenariat entre le POLITO (Italie), l’ENSAIT (France) et à l'Université de Soochow (Chine). Le but de ce travail est de proposer de nouvelles approches pour la production de textiles biofonctionnels. Ces produits sont constitués de textiles qui ont subi des traitements de finition spéciaux pour conférer des propriétés qui présentent des effets bénéfiques pour la santé de l'utilisateur.Longtemps la recherche pharmaceutique a étudié des outils nouveaux et plus efficaces pour administrer un médicament au patient. Le but de ces études est d’admiistrer des dosages thérapeutiques efficaces sur une longue période, en minimisant le nombre d'administrations requises et les effets secondaires possibles. Dans ce contexte, la peau a été considérée comme une voie de libération de médicaments locaux et systémiques. Une telle approche est plus simple et moins invasive que d'autres voies. Donc, plusieurs stratégies ont été développées pour délivrer efficacement des médicaments à travers la barrière cutanée. Parmi celles-ci, la technologie d'encapsulation permet l'incorporation des substances actives à l'intérieur des nanoparticules (NP) pour i) protéger le médicament, ii) le délivrer efficacement à travers la peau iii) contrôler la libération au fil du temps.Dans le présent travail, des NP chargés de médicament ont été produits en utilisant de la polycaprolactone (PCL) comme membrane. Les nanoparticules produites ont ensuite été utilisées pour le finissage des tissus en coton produisant des textiles biofonctionnels destinés à être utilisés comme dispositifs portables de distribution de médicaments. La technique de nanoprécipitation flash (FNP) a été exploitée pour la production des NPs en raison de sa productivitè, et simplicité. La pertinence du procédé FNP pour produire des NP destinés à être utilisés dans la préparation de textiles biofonctionnels a été étudiée. Les nanoparticules PCL ont été produites en chargeant trois médicaments différents dans le système, à savoir la caféine, la mélatonine et la curcumine. Ces médicaments sont en effet considérés comme des médicaments modèles en termes de niveau d'hydrophilie. Ce dernier est une propriété clé dans la détermination du résultat du processus d'encapsulation et de la perméation cutanée.Le procédé FNP a été exécuté en dissolvant le polymère dans un solvant organique et en faisant entrer le courant de solution en collision avec un courant d'antisolvant dans un micromélangeur, entraînant la précipitation du polymère sous forme de nanoparticules. Pour chaque substance active, les protocoles expérimentaux et les méthodes analytiques ont été ajustés pour mieux étudier le système de NP chargé de médicament. L'effet de la formulation ainsi que les paramètres du procédé sur les taille et la capacité d’enrobement des nanoparticules ont été étudiés. De plus, les formulations de NP ont été caractérisées pour obtenir des informations sur leurs propriétés physiques et chimiques par diverses techniques. Les particules ont été appliquées au textile de coton soit par des méthodes d'imbibition ou d'imprégnation. L'efficacité du traitement de fonctionnalisation a été évaluée en combinant différentes analyses. Les propriétés biofonctionnelles ont été étudiées en termes d'activité antioxydante, de facteurs de protection UV et de libération de médicaments. Pour ce dernier test, la méthode des cellules de Franz a été employée. L'étude a montré que le FNP permet de produire des NPs de PCL chargées de médicament pour les trois substances étudiées. Le traitement de finition proposé a permis de fonctionnaliser efficacement la surface du tissu. Les textiles traités ont permis de délivrer efficacement les principes actifs à la peau avec des profils de perméation dépendant des propriétés du médicament. La finition des nanoparticules confère également au coton des propriétés antioxydantes et de protection contre les UV.This study was performed in the frame of the SMD-Tex Joint Doctorate project. The doctoral research activities were carried out in three mobility periods at POLITO (Italy), Ensait (France), and University of Soochow (China). This work aims to propose novel approaches for the production of biofunctional textiles. These products consist of textile fabrics which underwent special finishing treatments to confer properties that display beneficial effects to the user's health.In the last decades, pharmaceutical research has been investigating novel and more effective tools to administer a drug to the patient. The scope of these studies is to provide effective therapeutic dosages over a long time, minimizing the number of required administrations and the possible side effects. In this context, the skin has been regarded as a potential route for the release of local and systemic drugs. Such an approach is simpler and less invasive compared to other routes. Therefore, several strategies have been developed to effectively deliver drugs across the skin barrier. Among them encapsulation technology allows the incorporation of the active substances inside nanoparticles (NPs) to i) protect the drug, ii) effectively deliver it through the skin iii) control the release over time.In the present work, drug-loaded NPs were produced by employing polycaprolactone (PCL) as shell material. The produced nanoparticles were then used to finish cotton fabrics producing biofunctional textiles to be employed as wearable drug delivery devices. The flash nanoprecipitation technique (FNP) was exploited for the nanocarrier production being identified as a simple, sustainable and efficient production process. The suitability of the FNP process to produce NPs to be used in the preparation of biofunctional textiles was investigated. The PCL nanoparticles were produced by loading three different drugs in the system i.e. caffeine, melatonin, and curcumin. Such drugs are indeed considered model drugs in terms of hydrophilicity level. The latter is a key property in determining the outcome of the encapsulation process and the dermal permeation.The FNP process was run by dissolving the polymer in an organic solvent and making the solution stream collide against an antisolvent stream in a micromixer, resulting in the polymer precipitation in the form of nanoparticles. The drugs were precipitated together with the polymer upon being added either to the solvent or the antisolvent stream. For each active substance, the experimental protocols and analytical methods were adjusted to better investigated the drug-loaded NPs system. The effect of the formulation as well as the process parameters on the properties of the nanoparticles was investigated. The process was optimized to produce particles with a diameter lower than the one of skin pores. The amount of drug loaded in particles was investigated by loading capacity (LC) and encapsulation efficiency (EE). Furtherly, the NP formulations were characterized to obtain insights on their physical, chemical, and morphological properties by various analytical techniques.The particles were applied to the cotton fabric either by imbibition or impregnation methods. The effectiveness of the functionalization treatment was evaluated combining different analyses. The biofunctional properties were studied in terms of antioxidant activity, UV protection factors, and drug release. For the latter test, the Franz cell method was employed using either artificial and excised porcine skin membranes.The study showed that the FNP allows producing drug loaded PCL NPs for all the three investigated substances. The proposed finishing treatment allowed to effectively functionalize the fabric surface. The treated textiles allowed to effectively deliver the active principles to the skin with permeation profiles dependent on the drug properties. The nanoparticle finishing also imparted cotton antioxidant and UV protection properties