Synthèse facile nano

Nanoparticules mésoporeuses :
une étape décisive vers des applications industrielles

La production industrielle de nanoparticules creuses (le terme technique est mésoporeuse) d’une taille d’environ 100 nm de diamètre (0,0001 millimètre), représente un enjeu considérable dans de nombreux domaines, dont celui de la santé. En effet, de telles nanoparticules peuvent servir, par exemple, pour le transport moléculaire sélectif de médicaments ainsi protégés du système immunitaire. Cependant, pour envisager leur réelle application, il faut parvenir à contrôler la forme des nanoparticules et la taille des pores. Il faut également être capable d’éviter l’étape d’ultracentrifucation nécessaire à leur purification.

L’équipe de Laurent Bonneviot, du laboratoire de chimie de l’ENS de Lyon, en collaboration avec un laboratoire de l’Université Normale de Chine Orientale et un laboratoire de Londres, a réussi à construire de telles nanoparticules à partir de silice, le constituant chimique du sable. Leur taille est voisine de 100 nm avec une faible dispersion et leurs formes sont identiques. Chaque nanoparticule possède des pores, d’un diamètre compris entre 3 et 20 nm, dont la surface totale peut dépasser 1000 m2 (un quart de terrain de foot) par gramme de silice.

C’est par la maîtrise du milieu chimique dans lequel sont synthétisées ces nanoparticules de silice mésoporeuse (MSN en anglais) qu’il a été possible de contrôler la taille des particules et de leur donner, à la demande, une forme d’étoile, de framboise ou d’asticot (voir figure). Ces MSN résultent de l’assemblage et de la fusion en solution aqueuse à 20°C de petites coquilles de silice de 5 nm de diamètre environ, creuses et remplies de molécules tensio-actives (type savon). Leur stabilité a été testée jusqu’à 700°C ! Après leur synthèse, ces particules sont agrégées et ressemblent à du sable blanc, ce qui permet de les isoler par simple filtration, évitant ainsi l’ultracentrifugation qui aurait empêché un développement industriel de la méthode. Il suffit d’introduire ce sable dans l’alcool et de le passer aux ultrasons pour disperser à nouveau les nanoparticules qui retrouvent alors leurs « nano-propriétés », ce qui est vérifié par laser (photo ci-dessus).

Cette synthèse a pu être conduite à l’échelle du kilogramme au sein du laboratoire, ce qui permet d’envisager une production à l’échelle industrielle ; en outre, leur homogénéité de forme et de dimension laisse espérer de multiples applications.

Synthèse des coquilles de silice autour d’une micelle (molécules de savon). Regroupement des coquilles de plusieurs façons, suivant le milieu de synthèse. Formation de la nanoparticule de forme étoilée (ST), framboise (RB) ou asticot (WO). Il ne reste plus qu’à éliminer les molécules de savon pour que les coquilles deviennent mésoporeuses.

Pour en savoir plus

Journal of the American Chemical Society 2013, 135(7), 2427-2430.
Zhang, Kun; Xu, Lang-Lang; Jiang, Jin-Gang; Calin, Nathalie; Lam, Koon-Fung; Zhang, San-Jun; Wu, Hai-Hong; Wu, Guang-Dong; Albela, Belen; Bonneviot, Laurent
"Facile Large-Scale Synthesis of Monodisperse Mesoporous Silica Nanospheres with Tunable Pore Structure".
In the web

Rédaction de la brève : Jean-François Le Maréchal
Auteur correspondant de l’article : Laurent Bonneviot