Comportement des nanoparticules de silice en milieu biologique ...

tel-00836093, version 1 - 20 Jun 2013
Chapitre 1 : Interactions des particules de silice avec le vivant
1.2.1 LES NANOPARTICULES DE SILICE EN MILIEU BIOLOGIQUE
1.2.1.1 Stabilité colloïdale des nanoparticules en milieu biologique
- Le phénomène d’agrégation des particules
Dans certaines conditions, une suspension de nanoparticules peut ne pas être stable : elle peut
gélifier ou coaguler. Dans les deux cas, les nanoparticules développent des interactions entre
elles qui permettent la formation d’un assemblage tridimensionnel. Dans le cas de la
coagulation ou de la floculation, il y a formation d’un précipité correspondant à des agrégats
de particules relativement compacts, à une concentration plus importante. La stabilité des
particules vis-à-vis de l’agrégation en solution aqueuse dépend de leur hydrophilicité. En
effet, des particules hydrophobes seront stables en solution si leur charge de surface est
suffisamment importante pour induire des forces de répulsion électrostatiques entre les
particules. Pour des particules hydrophiles, ce facteur est un peu moins important puisqu’il
faut alors tenir compte de la stabilisation des particules par solvatation, i.e. par la création
d’une couche d’eau entourant ces particules. Cette couche d’eau crée une barrière face aux
interactions de Van der Waals qui peuvent attirer deux particules l’une vers l’autre, de même
que des surfaces chargées repoussent des particules de même charge par interactions
électrostatiques répulsives.
Etant donné que l’agrégation de particules en suspension est contrôlée par le bilan des
interactions attractives et répulsives entre particules, tout facteur influençant ces interactions
modifie par ailleurs la stabilité colloïdale et donc l’agrégation des particules. Ainsi la force
ionique, le pH, la concentration en particules, leur taille et la nature de leur surface sont-ils
autant de facteurs pouvant perturber la stabilité des particules en suspension.
- Cas de la silice en milieu biologique
- Influence du milieu
Pour un pH autour de 7, comme rencontré dans des conditions biologiques standard, les
suspensions de nanoparticules de silice sont stables si la concentration en sels est basse mais
précipitent lorsque cette concentration augmente au-delà d’un seuil critique. En présence de
sels, la charge de surface des particules de silice, initialement négative à pH neutre à cause
des groupements silanolates, diminue par adsorption de cations et les forces répulsives ne sont
plus suffisantes pour maintenir la stabilité de la suspension. Par ailleurs, en conditions
biologiques, non seulement de nombreux ions sont présents mais il y a aussi, par exemple, des
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