Description des étapes de la charge de MSN en ibuprofène par co-atomisation séchage

La complémentarité des différentes techniques de caractérisation permet de comprendre les phénomènes mis en jeu à plusieurs échelles. On peut par conséquent proposer un mécanisme d’encapsulation des molécules d’ibuprofène au sein des particules, illustré sur la Figure III.40. L’étape (a) correspond à la suspension homogène, avant qu’elle ne soit atomisée. Le schéma fait apparaître les MSN et les molécules d’ibuprofène, lesquelles pouvant être localisées à deux endroits différents : - Soit l’ibuprofène est dans la suspension, dissout dans le solvant. On le qualifie alors

« d’ibuprofène libre ».

- Soit l’ibuprofène est présent au sein des pores des MSN. Il interagit avec la surface de la silice par physisorption.

Un équilibre thermodynamique a lieu au cœur de la suspension, entre l’ibuprofène libre et les molécules physisorbées sur la surface des pores des MSN. Cet équilibre peut être décrit comme une isotherme de Langmuir, comme cela a déjà été fait dans la littérature (Andersson et al. 2004, Numpilai et al. 2016). Ainsi, la première étape de charge des molécules d’ibuprofène dans le réseau est effectuée grâce à ces molécules physisorbées (noté (1) dans la figure), avant même que ne commence l’étape d’atomisation.

110 Figure III.40 : Schéma de principe d'encapsulation d'ibu au sein de MSN par atomisation. (1) Ibuprofène physisorbé ; (2)

Diffusion de l’ibuprofène libre dans les pores

De plus, le couplage des techniques de caractérisation a permis d’en conclure qu’après atomisation, la totalité des molécules d’ibuprofène présentes dans la poudre le sont au sein des pores. Ainsi, l’ibuprofène libre dans la suspension doit donc finir par s’insérer dans les pores. Pour expliquer cela, il faut rappeler que la première étape de l’atomisation consiste à pulvériser la suspension sous forme de gouttelettes (étape (b)). Ces gouttelettes perdent du solvant par évaporation grâce à l’apport thermique du gaz sécheur. Au sein de la goutte, l’évaporation du solvant entraîne le rapprochement et même l’agglomération des MSN ; et c’est également à ce stade qu’a lieu la seconde étape de charge de l’ibuprofène. En effet, l’évaporation du solvant durant l’étape de séchage entraîne une diffusion des molécules d’ibuprofène libres au sein de la goutte. Cette diffusion, dans le cas où il y a des MSN, a lieu au cœur des pores, d’où un remplissage du réseau poreux (Wan et al. 2013). Lorsque le séchage est complet, la poudre alors obtenue est représentée sur l’étape (c) du schéma. Les molécules d’ibuprofène libres se placent dans les pores des MSN, de telle manière à ce que l’analyse de surface par adsorption d’azote révèle un réseau de pores bouché.

III.4 Conclusion

Ce chapitre avait d’abord pour objectif d’identifier les différentes propriétés et caractéristiques des MSN synthétisées, afin de pouvoir les répartir en plusieurs lots constitués de particules aux propriétés les plus homogènes possibles. La synthèse de particules, réalisée en réacteur contrôlé, a permis d’obtenir des MSN de type MCM-41, avec des diamètres hydrodynamiques entre 250 et 300 nm et des pores de 3,0 nm de diamètre. Les propriétés du principe actif pur ont également été décrites, révélant un matériau cristallin dans sa forme solide.

Le vecteur et le principe actif ont été ensuite atomisés séparément, pour identifier les phénomènes qui peuvent avoir lieu durant l’atomisation-séchage de l’un et l’autre de ces composés. Nous avons pu voir que l’atomisation des MSN permet d’obtenir une poudre constituée d’agglomérats de particules, assimilables à des sphères creuses. Ces agglomérats font quelques µm de diamètre et leur caractérisation a montré une conservation des propriétés intrinsèques aux MSN (taille et organisation des pores, état physique des particules). D’autre part, le séchage par atomisation d’une

111 solution d’ibuprofène mène à une poudre cristalline. La structure de ces cristaux d’ibuprofène est la même que celle de l’ibuprofène initial. Toutes les observations et les résultats d’analyses obtenus lors de l’atomisation des MSN seules et de l’ibuprofène seul serviront par la suite à l’interprétation des résultats lors de la co-atomisation d’une suspension composée des deux constituants.

Enfin, la réalisation d’une atomisation de référence a permis de prouver tout d’abord la faisabilité de la charge de molécules d’ibuprofène à l’intérieur des pores des MSN grâce au procédé de co-atomisation séchage. La présence de principe actif dans le réseau a été démontrée grâce à la complémentarité de l’analyse de surface par adsorption d’azote, et du SAXS. L’utilisation de techniques de caractérisation multi-échelles et complémentaires ont révélé l’organisation des MSN entre elles sous forme d’agglomérats sphériques (MEB), ainsi que la localisation (adsorption d’azote, SAXS) et l’état physique du principe actif (DRX, ATG). Enfin, la RMN complète ces caractérisations et permet d’identifier également les interactions possibles entre la surface de la silice et les fonctions chimiques de l’ibuprofène. En s’appuyant sur les atomisations des constituants purs, nous avons pu par conséquent proposer un premier mécanisme de charge de l’ibuprofène dans les MSN en plusieurs étapes durant le procédé de co-atomisation séchage.

Les deux prochains chapitres se focaliseront sur la modification de plusieurs paramètres liés à la co-atomisation d’une telle suspension MSN-ibuprofène dans l’éthanol (paramètres de formulation et paramètres opératoires du procédé) et sur leurs effets sur les propriétés de la poudre finale. Les discussions se feront par comparaison des résultats d’analyse sur les poudres formées à ceux obtenus dans le cas de l’atomisation de référence présentée ici.

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Influence des paramètres