CARACTERISATION DES PROPRIETES PHYSIQUES DES CAPSULES

CAPSULES

VI.1.1 Caractérisation mécanique des capsules en sortie de carte fluidique

Des caractérisations mécaniques ont pu être réalisées en sortie de carte fluidique automatisée à 3 étages. Les conditions du procédé de gélification dans la carte sont : une pré-gélification de 30s avec les deux séries de serpentins, une concentration d’acétate de calcium broyé de 3% (w/w) et un temps de gélification de 30s. Les modules obtenus sont comparés aux modules d’Young de capsules réalisées par gélification externe (temps de gélification de 1 min). La résistance mécanique des capsules fabriquées avec le procédé de pré-gélification non automatisé est également reportée sur ce graphique. Les conditions de gélification sont cependant différentes: temps de pré-gélification de 30s, concentration d’acétate broyé de 2% (w/w) et temps de gélification de 1 min.

Les résultats présentés pour la carte fluidique ont été réalisés sur deux lots de capsules issus de deux cartes différentes. Les essais ont été réalisés 10 fois sur 10 capsules. Les barres d’erreur correspondent aux écarts-type entre les deux expériences, tandis que la courbe en rouge traduit la variabilité des modules d’Young mesurés au sein d’un même lot de capsules (variabilité dite intra-expérience).

126 Le module d’Young moyen des capsules issues de la carte fluidique, analysées sans lavage supplémentaire, est plus élevé que le module d’Young des capsules obtenues avec les procédés de gélification externe ou de pré-gélification sans automatisation. Ce résultat est cohérent car la concentration en calcium de la solution en sortie de carte est plus élevée que 2 mM (cf. Error! Reference source not found.), concentration à laquelle sont exposées les capsules des autres procédés. Directement après leur production, une partie des capsules issues de la carte sont lavées manuellement à trois reprises, avec du sérum physiologique à 2 mM. Les modules mesurés redeviennent alors comparables aux modules des procédés non automatisés.

Le module d’Young des capsules est donc très sensible à la concentration en calcium de la solution dans laquelle les capsules sont stockées.

Ce qu’il faut surtout retenir, c’est la différence de reproductibilité entre expériences et au sein d’un même lot de capsules, pour les différents procédés testés. En effet, la différence entre le procédé automatisé et les autres procédés est nette. Les écarts-type inter-expériences (~7% avec lavages supplémentaires et 2% sans) et intra-expérience (~8% avec lavages supplémentaires et 6% sans) sont beaucoup plus faibles pour les capsules issues de la carte fluidique, que pour celles fabriquées avec des procédés incluant des étapes manuelles (≥ 15%). L’écart-type inter-expérience trouvé pour la gélification externe est certes faible mais la barre d’erreur intra-expérience reste importante (~17%).

La carte fluidique à trois étages donne des lots de capsules plus reproductibles que ceux issus d’un procédé de gélification manuel. Ceci a été vérifié au travers de tests mécaniques.

VI.1.2 Caractérisation de la surface et visualisation de la porosité

Dans la partie II.4.2.1, la méthode d’observation de la porosité de l’alginate gélifié a été développée pour des billes de 1 mm. Les billes sont séchées au CO2 supercritique, puis observées au microscope électronique à balayage. Cette technique de séchage permet théoriquement de conserver la porosité de l’hydrogel en formant des aérogels de même porosité. Ce protocole est appliqué pour la visualisation de capsules d’un diamètre inférieur à 200 µm.

Les conditions d’observation utilisées sont pointues car la matière est très fragile et s’effondre rapidement sous le faisceau d’électron. Les conditions retenues sont rappelées : une énergie de faisceau inférieure à 1kV et une distance de travail inférieure à 3 mm. Le détecteur choisi est le plus fréquemment le SE2, car la matière charge moins qu’en In-Lens.

Deux types de capsules, fabriquées avec un alginate de 3% (w/l) sont observés :

- Des capsules issues de la carte fluidique à trois étages. Le procédé de gélification utilisé comprend: un temps de pré-gélification de 30s, une concentration d’acétate de calcium de 3% (w/w) et un temps de gélification d’environ 30s.

- Des capsules issues d’une pré-gélification dans l’acide oléique avec une forme diffuse de calcium, qui semblaient avec une observation au microscope beaucoup plus homogènes (cf. chapitre III.2.4 ). L’observation après séchage permet de comparer les structures en rugosité de surface, les images à plus ou moins fort grossissement sont représentées sur la Figure 117.

Figure 117 – Aspect des capsules observées au MEB, après séchage au CO2 supercritique, a) Capsules issues

de la carte fluidique avec une pré-gélification par cristaux d’acétate de calcium . b) Capsules gélifiées par du calcium sous forme diffuse dans l’acide oléique.

Les différences entre les deux procédés de pré-gélification se retrouvent sur ces clichés. Les capsules obtenues par une pré-gélification avec du calcium sous forme diffuse, sont sphériques et présentent une surface bien lisse. Au contraire, les capsules issues du procédé de pré-gélification avec les cristaux d’acétate de calcium apparaissent véritablement « cabossées ». Le protocole de pré-gélification affecte donc bien l’homogénéité de surface des capsules. Ces résultats confirment que la méthode de gélification par acétate de calcium n’est pas une bonne solution dans l’optique d’une implantation et que des alternatives doivent être trouvées.

Cependant, la mesure de la porosité est moins significative. En effet, malgré le séchage au CO2 supercritique, une diminution importante de la taille initiale des capsules est visible. Les capsules perdent 50% de leur taille initiale (Figure 118), alors que les billes de 1 mm ne diminuaient que de 9%. La méthode développée est donc moins performante pour des diamètres inférieurs à 200 µm.

En conséquence, la porosité du gel observée n’est pas exactement celle de l’hydrogel car la structure s’est légèrement écrasée après le séchage. Néanmoins, nous évaluons la taille des pores des capsules fabriquées par la carte fluidique à 40 nm (Figure 119).

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Figure 119 - Porosité observée au MEB, capsule obtenue en sortie de carte fluidique.

La suite des expérimentations a consisté à voir si cette méthode de caractérisation pouvait, même sans donner des valeurs « absolues » de la taille des pores, comparer des capsules issues de protocoles différents de gélification. Le test réalisé compare la porosité de capsules pré-gélifiées par acétate de calcium et conservées en solution à 2 mM de CaCl2, avec la porosité de capsules laissées en bain gélifiant à 100 mM de CaCl2. Ce second lot de capsules est réalisé par une gélification dans de l’acide oléique (cf. III.2.4). Ce n’est certes pas le même procédé de gélification, mais le but est de retrouver l’effet du gonflement osmotique, qui est théoriquement d’élargir la porosité des capsules.

Sur ce premier essai, la porosité visualisée pour une conservation à 100 mM de CaCl2 est significativement plus fine (~25 nm) que pour l’échantillon exposé au gonflement osmotique (~40 nm) (Figure 120). Cette méthode de séchage offre donc bien la possibilité d’observer des différences de porosité. Cette expérience est néanmoins à reconduire avec des capsules réalisées dans les mêmes conditions de pré- gélification/gélification.

Figure 120 – Comparaison de la porosité pour des capsules conservées à des concentrations de calcium différentes : dans le bain gélifiant à 100 mM et dans le sérum physiologique à 2 mM.

La technique développée pour évaluer la porosité des capsules consiste à sécher les capsules au CO2 supercritique pour former des aérogels. Ces aérogels sont ensuite observés au microscope électronique à balayage. Ce procédé semble donner de bonnes indications sur la rugosité de surface des gels obtenus. Cependant, il ne permet pas de conserver exactement la porosité de l’hydrogel, puisque au cours de ce procédé de séchage, le diamètre des capsules a été réduit de 50% par rapport à la taille initiale. La

porosité observée n’est donc pas la porosité réelle de l’hydrogel. Néanmoins, cette technique devrait permettre de comparer la porosité de capsules réalisées suivant différents procédés de gélification.