Caractérisation de nanoparticules d’or par SCS

La technique SCS a été utilisée au sein du laboratoire, dans un premier temps, afin

de caractériser des nanoparticules d’or de taille (diamètres de 20, 30 et 50nm), de chimie

de surface (citrate et mPEG-SH) et de forme (sphère et fleur) différentes. Les protocoles

de synthèse des différentes nanoparticules d’or sont détaillés dans l’article [9]. Par la

suite, ces différentes nanoparticules vont être nommées 20-a-GNS pour les nanoparticules

sphériques citratés de 20 nm de diamètre, 30-a-GNS pour les 30 nm de diamètre,

50-a-GNS pour les 50 nm de diamètre et a-GNF pour les nanoparticules en forme de fleur.

Pour le cas des nanoparticules PEGylées, le « a » sera remplacé par « PEG ». Nous avons

utilisé un mPEG-SH de 5 kDa, la présence du thiol, qui a une plus forte affinité avec

l’or, va permettre l’échange entre le citrate et le PEG. De plus, ce PEG va permettre une

meilleure stabilisation des nanoparticules comparée au citratées [9].

Ces nanoparticules ont été caractérisées par SCS, mais aussi par MET, DLS, potentiel

zêta et spectroscopie UV-Vis dont les paramètres utilisés sont détaillés dans une étude

qui a été préalablement publiée [9].

Tout d’abord les nanoparticules ont toutes montré une bande de résonance du plasmon

de surface localisé (ou Localised Surface Plasmon Resonance, LSPR) sur les spectres

d’extinction. En effet la position de cette bande se situe à 522, 526 et 535 nm pour les

20-a-GNS, les 30-a-GNS et les 50-a-GNS respectivement comme illustrées sur la figure

3.7(e). Pour le cas des a-GNF, la bande LSPR est décalée vers de plus grandes longueurs

d’onde à 605 nm et est plus large que les bandes LSPR des GNS. Cette position et cet

élargissement de la bande est la conséquence de l’anisotropie des particules qui présentent

plusieurs pointes à leur surface [26]. L’échange de ligand (le citrate par le PEG) a aussi

été confirmé par spectroscopie UV-Vis, puisqu’un léger décalage de la bande LSPR est

observé (figure 3.7(e)). En effet pour les 50-PEG-GNS la bande se décale à 537 nmet à

620 nm pour les a-GNFs.

Figure 3.7 – Images MET des nanoparticules d’or : (a) 20-a-GNS, (b) 30-a-GNS, (c) 50-a-GNS, (d)

a-GNF (e) Spectres d’extinction des nanoparticules d’or avec (traits en pointillés) et sans (trait plein)

PEG.

Les images MET montrent que les nanoparticules sphériques ont une forme plutôt ronde

et une surface lisse avec une distribution en taille assez étroite (Figures 3.7 (a), (b), (c)),

alors que les GNFs montrent bien la présence de branches à la surface des particules

(Figure 3.7 (d)). Une analyse des images des GNFs a été réalisée avec le logiciel Image J

afin de déterminer les tailles des GNFs. Cette analyse a donné un diamètre moyen de 42

±6nmavec un noyau de diamètre de 36±5nmet des branches d’environ 7±2nm. Les

diamètres des nanoparticules ont été confirmés par des mesures de DLS résumées dans le

tableau 3.1. Ces valeurs montrent une plus grande taille des nanoparticules PEGylées en

raison de l’épaisseur du PEG autour des particules, confirmant les résultats obtenus en

spectroscopie UV-Vis (Figure 3.7 e). Cela confirme bien l’échange de chimie de surface

et indique une épaisseur de PEG autour des 50-PEG-GNS d’environ 5 ± 3 nm (tableau

3.1).

L’échange de ligands autour des particules a aussi été confirmé par potentiel zêta puisque

un déplacement du potentiel de -14 à -5 mV pour les GNS de 50 nm et de -10 à -5 mV

pour les GNFs. L’échange par du PEG semble donc diminuer la charge de surface.

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La SCS a été utilisée pour caractériser le rayon hydrodynamique des nanoparticules d’or.

Cette caractérisation a été réalisée pour une longueur d’onde d’excitation proche de celle

de la LSPR des nanoparticules, c’est-à-dire 532 nm pour les GNS et 633 nm pour les

GNF. La figure 3.8 montre la moyenne de 5 courbes de corrélation mesurées pour les

nanoparticules, (le temps d’acquisition de chaque courbe a été fixé à 60 secondes).

Figure 3.8 – Courbes de corrélation normalisées (traits en pointillés) et leurs ajustements suivant

l’équation 3.3 de la lumière diffusée par les GNS excitées à 532 nm(a, b, c et d) et les GNF excitées à

633nm(e et f).

Chaque courbe a été ajustée en utilisant l’équation 3.3 afin d’en déduire leτ

D

pour chaque

nanoparticule. Le rayon hydrodynamique qui dépend directement duτ

D

a été calculé pour

toutes les nanoparticules en utilisant les équations 3.4 et 3.5, et les valeurs obtenues sont

présentées dans le tableau 3.1.

la taille est due à l’hétérogénéité de l’échantillon puisque l’analyse par corrélation est très

sensible à l’homogénéité des nanoparticules [15, 20]. Lorsque la taille de la nanoparticule

augmente, le temps de diffusion augmente ce qui conduit à un rayon hydrodynamique

de 16,3± 0,2 nmpour 30-a-GNS et 23,5 ± 0,2 nm pour 50-a-GNS. Après l’échange des

ligands de surface, le R

h

est passé de 23,5 à 25,5nm, cette augmentation du R

h

de 2nm

correspond à l’épaisseur de la couche de PEG présente autour des 50-GNS.

De la même manière que pour les GNS, le R

h

des GNF a été déterminé avant et après

changement de ligand de surface. Les a-GNF présentaient un R

h

de 23,0 ± 0,2 nm puis

après addition du PEG, le R

h

est passé à 26,8 ± 0,2 nm soit une augmentation de 3,8

nm correspondant à la couche du PEG.

Ainsi, les R

h

obtenus par SCS sont en excellent accord avec ceux mesurés en DLS, mais

avec une précision supérieur puisque les incertitudes sont très faibles par rapport à celle

de la DLS.

Table 3.1 –Caractérisation des nanoparticules d’or par spectroscopie UV-Vis, Potentiel zêta, DLS et

SCS.

Il est très important de noter qu’il existe ce que l’on appelle l’effet de piégeage optique qui

est due à la focalisation du laser sur les particules et qui permet de maintenir ou déplacer

les particules et donc qui pourrait modifier les constantes de diffusion des particules [27].

Cependant, dans notre cas, l’effet de piégeage optique est négligeable sur les mesures des

R

h

puisque la puissance laser est de seulement 10 µW et ne permet pas la création d’un

piège optique.

De plus, la puissance laser pourrait induire un échauffement des nanoparticules modifiant

alors la viscosité de la solution colloïdale et donc la constante de diffusion (puisque d’après

la relation de Stokes-Einstein, la constante de diffusion est dépendante de la viscosité du

milieu). Cependant, en considérant les valeurs estimées pour l’augmentation de

ture à la surface des nanoparticules pour une puissance laser de 10µW, le changement de

la viscosité du milieu, qui est dans notre cas l’eau, est insignifiant et ne permet pas une

modification signifiante du temps de diffusion des particules (Voir l’annexe de l’article

[9]).

Ainsi, nous avons pu montrer qu’en analysant le signal de la diffusion des nanoparticules

par SCS, il est possible de remonter aux rayons hydrodynamiques des particules avec

une plus grande précision que la DLS. Ce qui en fait une technique très performante

pour l’analyse de la taille des particules (avec une grande précision). C’est pourquoi

cette technique sera utilisée par la suite pour étudier l’adsorption de molécule simple, le

thiophénol, puis de molécules plus complexe, des protéines.

Dans le document Développement de nanovecteurs à base de nanoparticules d'or : Applications biomédicales (Page 116-120)