Les matériaux polymères multi stimulables sont d’ores et déjà utilisés dans différents domaines d’applications, tels que le relargage de principes actifs sur commande, l’ingénierie tissulaire, les matériaux auto réparants ou les senseurs. Depuis une vingtaine d’années, la chimie supramoléculaire s’est révélée être un outil de choix pour créer ce type de matériaux dits « intelligents ». Elle permet en effet de moduler voir de programmer les propriétés des matériaux en contrôlant le caractère dynamique des interactions supramoléculaires via l’application de stimuli adaptés. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse financée par l’ANR (projet STRAPA) avaient pour principal objectif d’exploiter des complexes à base de cyclobis paraquat paraphénylène (CBPQT4+) et d’entités riches en électrons (tétrathiafulvalène, naphtalène) pour concevoir des hydrogels supramoléculaires multi-stimulables. Deux types d’hydrogels ont été développés : des hydrogels physiques (réticulés de manière supramoléculaire) capables de présenter une transition sol-gel sous stimuli (température, ajout de molécules compétitrices) et des hydrogels chimiques (réticulés de manière permanente) dotés de motifs de reconnaissance moléculaire riches en électrons dont les propriétés de gonflement peuvent être finement contrôlées. En particulier, nous avons montré que celles-ci pouvaient être manipulées très facilement via le nombre d’unités riches en électrons présents au sein des hydrogels, en contrôlant le pourcentage de complexes formés, ainsi qu’en appliquant divers stimuli (température, red/ox, macromolécules compétitrices, tensioactifs). / Multistimuli-responsive polymer materials play an important role in various fields of applications, (drug delivery system, tissue engineering, and self-healing materials. In the last past decades, supramolecular chemistry has emerged as a powerful tool to build such smart materials. Indeed, thanks to the inherent and/or induced dynamic behavior of supramolecular interactions, materials properties can be potentially tuned or even programmed. The main objective of this thesis, that have been carried out in the framework of the STRAPA ANR project, was to exploit host-guest interactions formed from the cyclobis paraquat paraphenylene (CBPQT4+) host molecule and electron-rich entities (tetrathiafulvalene, naphthalene) to conceive multi-stimuli responsive hydrogels. Two kind of smart hydrogels have been developed : physical hydrogels in which the sol-gel transition can be controlled upon heating or by adding competitive molecules, and chemical hydrogels with programmable swelling properties. In the last case, we have notably shown that the actuating behavior of hydrogels could be finely triggered by applying various environmental stimuli (T, red/ox, competitive macromolecules and surfactants).

Nous développons une nouvelle approche des actuateurs microfluidiques à base d’hydrogels stimulables. Contrairement aux approches précédentes, les hydrogels sont synthétisés et greffés à la paroi inférieure du microcanal avant la fermeture du système. Nous utilisons une nouvelle stratégie de synthèse pour les films d’hydrogels stimulables par chimie click thiol-ène. Les films sont obtenus par dépôt, sur des surfaces fonctionnalisées avec des thiols, d’un mélange de chaînes polymères préformées et d’un réticulant dithiol. Le greffage et la réticulation s’obtiennent simultanément par une activation thermique ou par irradiation UV. Des films et des micro-motifs sont obtenus sur une large gamme d’épaisseur allant de la centaine de nanomètres à plusieurs microns. Nous intégrons les motifs d’hydrogels stimulables dans les microcanaux pour réaliser des actionneurs. Nous étudions des actionneurs thermosensibles réalisés avec des hydrogels de poly(N-isopropylacrylamide). Avec la température, les motifs d’hydrogels gonflent ou dégonflent en absorbant/expulsant l’eau de manière réversible. L’effet est rapide (inférieur à la seconde), la transition abrupte (quelques degrés autour de la LCST à 32°C) et l’amplitude de déformation est importante (gonflement de 400%). Les micro-vannes réalisées avec cette nouvelle approche présentent de très bonnes performances et une grande durabilité. Nous avons aussi réalisé de nouveaux actionneurs reconfigurables fonctionnant comme des pièges microfluidiques. Ces actionneurs microfluidiques innovants offrent de nombreuses perspectives de par la facilité de leur mise en œuvre, leurs performances et l’intégration sur des micro-puces à haute densité. / We develop a new method to build microactuators using stimuli-responsive hydrogels. The hydrogel is synthesized with covalent attachment to the microchannel bottom walls prior to closing the microsystem, contrarily to previous approaches. We use a new stimuli-responsive hydrogel films synthesis pathway. This synthesis is based on thiol-ene click chemistry. The formation of films is achieved by adding bifunctional thiol molecules as cross-linkers to ene-functionalized preformed polymers on thiol-modified surfaces. The cross-linking and grafting are simultaneously performed either by thermal activation or UV-irradiation. Hydrogel films and micro-patterns are easily obtained in a wide range of thickness from hundred nanometers to several microns. We show that these responsive hydrogels patterns can be integrated into microfluidics channels to build microactuators. We focus on thermo-sensitive actuators made from poly(N-isopropylacrylamide). Under temperature, hydrogel patterns reversibly swell and collapse by absorbing/expulsing water. The phase transition is rapid (lower than 1 second), abrupt (a few degrees around the LCST at 32°C) and the deformation amplitude is high (400% swelling). Microvalves obtained by this approach exhibit high performances and durability. Moreover, we develop new reconfigurable actuators functioning as microfluidic traps. These new-concept microfluidic actuators offer wide possibilities because of their ease of fabrication, their performances and their ability to be integrated into high density.