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
hydroxyles. Au-delà de pH 9 et en-dessous de pH 3, la dissolution semble moins dépendre du
pH (Iler 1979, Vogelsberger 1992). Ainsi la dissolution de silice à pH 7,4 est-elle rapide et
visible dès 6 heures tandis qu’à pH 2, après 6 heures aucune dissolution n’est observée
(Finnie 2009). Lors de la dissolution, après adsorption d’un ion hydroxyle, il y a libération en
surface d’une molécule qui dépend du pH : acide silicique pour des pH acides et silicates pour
des pH plus basiques (Sjöberg 1996). Les particules de silice seront donc moins dissoutes en
conditions acides qu’à pH neutre.
- Influence de la présence de sels
La silice est inerte dans l’eau pure tandis qu’elle se dissout rapidement dans l’eau de mer.
Ceci indique que la présence de sels dans l’environnement est un facteur favorisant la
dissolution. La présence de cations alcalins dans l’environnement favorise la dissolution en
s’adsorbant à la surface et en interagissant avec les atomes d’oxygène des ponts Si-O-Si
(Wallace 2010). La constante de dissolution de la silice en présence de 0,05 M de NaCl est 21
fois plus importante que dans l’eau pure (Ehrlich, 2010). En milieux biologiques, la silice sera
donc plus facilement dissoute puisque ces milieux contiennent généralement des sels.
- Influence de la présence de molécules biologiques
En milieu biologique, les particules sont en contact avec de nombreuses protéines qui peuvent
s’adsorber en surface. L’adsorption de molécules en surface des particules crée une barrière
pour la diffusion des formes solubles libérées de la surface lors de la dissolution et diminue la
tension de surface (qui est un des moteurs de la dissolution) ; contribuant ainsi à diminuer la
dissolution. Cependant, la nature des molécules est importante puisqu’elles peuvent aussi
avoir l’effet inverse et servir de catalyseur de dissolution. Par ailleurs, l’adsorption étant un
phénomène dynamique, les molécules biologiques s’échangent en permanence avec le milieu
environnant. Ces molécules peuvent complexer les formes solubles et donc les enlever de la
surface lors de l’échange avec le milieu environnant, accélérant ainsi la dissolution (Borm
2006, Ehrlich 2010).
L’étude de la dissolution de microparticules de silice dans du PBS seul ou avec 10% de sérum
fœtal montre qu’en présence des protéines contenues dans le sérum, la dissolution des
particules est diminuée d’environ 30% (Finnie 2009). Cet effet est attribué à l’adsorption de
protéines comme l’albumine en surface des particules (Lord 2006, Larsericsdotter 2005).
Dans les études en présence de sérum, les protéines présentes vont donc réduire la dissolution
des particules de silice mais ne l’empêcheront pas.
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