Comportement des nanoparticules de silice en milieu biologique ...

tel-00836093, version 1 - 20 Jun 2013
Chapitre 4 : Diffusion des nanoparticules de silice dans un hydrogel de collagène
Figure 4-6 : Coefficients de diffusion des particules calculés dans l’eau
La présence des fibres de collagène dans le gel ne modifie donc pas la vitesse de diffusion des
particules de diamètre inférieur à 60 nm par rapport à leur vitesse de diffusion calculée dans
l’eau. Par contre, la vitesse de diffusion des particules Si+200 est sensiblement modifiée en
présence de collagène par rapport à la vitesse de diffusion dans l’eau. Pour proposer une
explication à cette différence, il faut comparer la diffusion des particules dans le gel à la chute
d’une boule entre deux parois rigides inélastiques, en faisant abstraction des interactions
développées entre les particules et le collagène. Dans cette configuration, si la boule a un
diamètre petit par rapport à l’espace entre les parois, sa chute est peu modifiée par rapport à
une chute libre. Par contre, lorsque la boule a un diamètre du même ordre de grandeur que
l’espace inter-parois, il peut y avoir des frottements avec les parois qui modifient sa vitesse ;
en outre les contraintes qui s’exercent autour de la boule sont modifiées par la proximité de la
paroi ce qui modifie la diffusion. On peut alors supposer que les particules Si±10 et Si+60
correspondent au premier cas de figure tandis que les particules Si+200 peuvent être
perturbées par la présence des fibres de collagène puisque leur diamètre est du même ordre de
grandeur que la distance entre fibres. Cependant, il ne faut pas oublier que lors de leur
diffusion à travers le gel, les particules subissent une dissolution qui réduit leur diamètre en
libérant des formes solubles. Ce phénomène de dissolution a lieu en même temps que la
diffusion, avec un temps caractéristique du même ordre de grandeur, il peut donc perturber de
façon significative la diffusion.
En conclusion, on peut dire que, dans un gel de collagène à 3 mg/mL, la vitesse de diffusion
des particules dans le gel dépend peu de leur taille et de leur charge de surface. Cette diffusion
dans un gel de collagène est peu modifiée par rapport à la diffusion dans l’eau, sauf pour les
particules Si+200 qui diffusent plus vite dans le gel que dans l’eau.
€
D=
k B T
6πηR h
kB = constante de Boltzman
T = température en Kelvin
η = viscosité de l’eau
Rh = rayon hydrodynamique des particules
120