| | | | | | | webmail : intra-extra| Accès VPN| Accès IST| Contact
Univ. Paris-Saclay

La matière nanostructurée offre des propriétés originales que l'on peut mettre à profit pour de très nombreuses applications innovantes. Les nanotubes de carbone ou le graphène en sont les exemples phares.  Dans ce domaine, une collaboration rassemblant des chercheurs du LPS-Orsay et de l'IRAMIS/NIMBE montre dans une publication dans Nature-Communication [1], les propriétés remarquables de cristal liquide des suspensions colloïdales de nanotubes d'imogolite (aluminosilicate). L'organisation colonnaire observée à grande dilution est une phase originale ouvrant la voie à l'élaboration de procédés de mise en ordre des imogolites, indispensables à leurs utilisations, ou de façon générique en biophysique pour les solutions de biopolymères.

 

Les vésicules hybrides résultant de la combinaison de lipides et de polymères concentrent depuis quelques années les efforts de chimistes, physiciens et biophysiciens du fait de leurs applications dans le domaine de la vectorisation de médicaments, le ciblage de molécules et le relargage contrôlé de principes actifs. Le grand intérêt de ces vésicules réside dans la combinaison des propriétés de ses deux composés.

Les travaux effectués sur ces systèmes au Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques visent à déterminer les conditions chimiques et physico-chimiques d'élaboration de telles vésicules ainsi que leurs propriétés. Parmi plusieurs techniques d'études structurales, une méthode de choix est la diffusion de neutrons aux petits angles (DNPA), pratiquée au Laboratoire Léon Brillouin, qui, combinée au marquage par deutération, permet de déterminer les caractéristiques de ces nano-objets et de montrer le caractère hybride des vésicules.

Les structures observées de vésicules mixtes, composées d'un copolymère (polydimethylsiloxane greffé avec des blocs de polyoxyéthylène (PDMS-g-(PEO)2) et de phospholipide DPPC (1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine), montrent la présence de domaines nanométriques de lipides au sein des membranes, résultant d'une séparation de phase entre les polymères amphiphiles et les lipides. Cette étude précise ainsi les procédés pour obtenir et moduler la structure des membranes structurées, notamment en vue d’applications de ciblage.

Comprendre comment se forment les nanoparticules dans l’eau et à température ambiante est un enjeu important, tant pour la compréhension de mécanismes naturels que pour la synthèse efficace de nanomatériaux. Or, les schémas de croissance classiquement invoqués (processus de germination - croissance) échouent parfois dramatiquement à décrire la réalité, notamment les tailles finales, la qualité cristalline et la vitesse de production. Les progrès en la matière sont ralentis du fait de la grande difficulté à observer les étapes intermédiaires entre la solution avant réaction, et la construction du premier nanocristal.

Un groupe de chercheurs de l'IRAMIS/NIMBE, du laboratoire de Physique de la Matière Condensée de l'École Polytechnique et de l'Université Pierre-et-Marie-Curie a réussi cette prouesse en utilisant notamment le rayonnement du synchrotron SOLEIL. Leurs observations ont permis de proposer un schéma de croissance inhabituel, mais certainement générique. Ces résultats ont été publiés récemment dans ACS Nano, et ouvrent de nouvelles perspectives pour la préparation de sondes biologiques luminescentes et de précurseurs pour des couches minces luminescentes transparentes.

 

Une émulsion, mélange de deux liquides non miscibles, est stabilisée à l'aide d’une molécule spécifique tensioactive (la moutarde de la vinaigrette). Un des liquides forme alors des gouttes isolées au sein de la matrice continue de l'autre liquide. Le problème se complique fortement pour former des émulsions doubles, où l'on souhaite par exemple, par une structure en "poupées russes", disperser de l’eau dans des gouttes d’huile elles-mêmes dispersées au sein d’une matrice d’eau. Il faut alors pouvoir concilier des courbures antagonistes du tensioactif aux interfaces.

La maîtrise d'émulsions multiples est pourtant un enjeu important dans les domaines de la pharmacie, des cosmétiques ou de l'agro-alimentaire. Un travail de recherche en collaboration entre deux équipes du SIS2M et de l'ESPCI, publié dan Advanced Materials, montre que de nouveaux copolymères diblocs, de structure bien définie, permettent de former en une seule étape, et de stabiliser sur de long mois, des émulsions complexes de ce type.

 

Le contrôle de l’interaction lumière-matière à l’échelle nanométrique nécessite le développement de nouvelles instrumentations (microscopies à sonde locale) et de nouveaux matériaux (plasmonique hybride).

Le Laboratoire de Nanotechnologie et d’Instrumentation Optique de Troyes a mis au point depuis plusieurs années une technique originale d’imagerie du champ proche optique autour de nano-objets métalliques. Leur système est constitué de molécules d’azobenzène greffées sur un polymère déposé en fine couche  sur l’objet métallique. Ils visualisent par AFM (microscopie à force atomique) différentielle, avant et après irradiation, la  modification de la topographie de la surface qui est liée à la distribution en intensité et en polarisation du champ local autour du nano-objet.  

Le groupe EDNA développe depuis 3 ans un savoir-faire en synthèse de nanoparticules d'or qui est maintenant à l’état de l’art et laisse envisager de nombreuses collaborations dans le domaine de la plasmonique. Comparé aux objets lithographiés, les nanoparticules colloïdales offrent un meilleur confinement  du champ électromagnétique ce qui permet dans ce travail, de démontrer pour la 1er fois l’existence de points «froids» extrêmement confinés spatialement.

Les nanotubes de carbone sont un matériau prometteur à la fois en mécanique, électronique et optique. Si des matériaux composites industriels renforcés en nanotubes commencent à sortir sur le marché, les applications optiques et électroniques sont plus lentes à venir car elles utilisent des nanotubes de carbone semi-conducteurs. Or ces derniers sont synthétisés en mélange avec des nanotubes très conducteurs, dits métalliques. Dans les dispositifs fabriqués avec ce mélange, la présence des métalliques provoque des courts-circuits. Leur séparation est donc un fort besoin identifié depuis leur découverte, et constitue le principal point bloquant leur utilisation industrielle.

Plusieurs méthodes de séparation ont été décrites récemment, mais ne permettent d’obtenir que des petites quantités. En effet, les nanotubes métalliques et semi-conducteurs sont des espèces chimiques très proches, très peu solubles, de même longueur et même diamètre, constituées toutes deux uniquement de carbone en réseau hexagonal. Ces méthodes de séparation doivent donc exploiter des petites différences d’affinités chimiques d’où des coûts de séparation élevés comme par exemple la séparation par ultracentrifugation sur gradient de densité (1mg de nanotubes séparés à 99% est vendu 900$). Souvent, plusieurs étapes de purification successives sont nécessaires. Enfin, même une excellente purification de nanotubes de carbone semi-conducteurs à 99% produit un mélange contenant encore 1% de nanotubes métalliques, un taux encore bien trop élevé si l’on cherche à éviter les courts-circuits dans des dispositifs électroniques.

P. Maillet*, C. Levard**, E. Larquet§, C. Mariet,* O. Spalla*, N. Menguy§, A. Masion**, E. Doelsch, J. Rose** et Antoine Thill*

Les Imogolites (OH)3Al2O3Si(OH) sont des minéraux naturels découvert en 1962 dans des sols  volcaniques japonais. Leur structure est analogue à celle d'un nanotube de carbone. Elles sont formées  d'un feuillet de Gibbsite Al(OH)3 refermé sur lui-même, formant un nanotube de 2 nm de diamètre. Ce sont des tétraèdres de Silicium, adsorbés à l'intérieur du nanotube, qui lui confèrent sa courbure. Les applications de tels minéraux se sont peu développées du fait de la difficulté de les synthétiser en grande quantité. Cet obstacle vient d'être levé par une nouvelle voie de synthèse, qu'il faut maintenant mieux comprendre et maîtriser.

Des équipes de l'iBiTec-S, en collaboration avec une équipe de l'IRAMIS, ont mis au point une méthode de marquage au carbone 14 de nanotubes de carbone permettant de suivre et d'étudier leur devenir in vivo.

 

 

Retour en haut