Une multitude de polymères ont été étudiés pour stabiliser les dispersions de nanotubes de carbone en milieu aqueux. De nombreux polymères peuvent être choisis pour l’enrobage des
nanotubes de carbone (Figure I. 17), cependant ces procédés nécessitent généralement l’apport d’une énergie mécanique au système, notamment par les ultrasons.
Figure I. 17.Enroulements possibles lors de l’adsorption de chaines de polymères sur un SWNT [155]
Des polymères sont aussi utilisés pour stabiliser les NTCs, comme les homopolymères ou les copolymères à blocs. Pour qu’un polymère stabilise une solution colloïdale, il doit
s’adsorber à la surface du colloïde. S’il n’y a pas d’adsorption entre le colloïde et le polymère le système précipite à cause des forces de déplétion. L’utilisation d’un polymère greffé ou
adsorbé sur la surface permet de stabiliser les colloïdes grâce à la présence de répulsion stérique. Lorsque deux colloïdes se rapprochent, l’entropie diminue, il y a une diminution de la concentration en solvant entre les deux colloïdes et donc un appel de solvant. Il faut une barrière
d’énergie suffisante pour empêcher le contact entre deux colloïdes.
Monteiro-Riviere et al. [161] ont utilisé des tensioactifs non toxiques, à savoir le Pluronic F127 et le Tween, pour voir l'effet sur la désagrégation des MWNTs, et de réaliser des dispersions. Cette étude [161] a montré que ces tensioactifs peuvent disperser les NTCs et réduire l'agrégation des MWNTs dans le milieu. Le polyoxyéthylène sorbitan monooléate, un autre agent tensio-actif, a été retrouvé à bien disperser les NTCs et est aussi considéré comme non toxique [162]. S. Manivannan et al, ont présenté la purification et une méthodologie pour obtenir une dispersion des SWNTs, obtenus par arc décharge, tout en utilisant un polymère biocompatible soluble dans l'eau qui, vraisemblablement, s'enroule autour des nanotubes. Les tubes traités avec le polymère deviennent plus hydrophiles ; ce qui a été confirmé par la mesure de l'angle de contact. Les résultats montrent que la fonctionnalisation par enrobage du polymère sur les NTCs influe de manière significative le caractère des tubes et les SWNTs qui deviennent hydrophiles après le traitement. Et les tubes traités sont dispersés en milieu aqueux et dans de nombreux solvants organiques, ainsi que le mélange de solvants ne présentant aucun signe d'endommagement [163].
Une autre étude réalisée par J.-P. Piret et al, où ils ont obtenu des suspensions stables des NTCs, en utilisant deux dispersants biocompatibles tels que le Pluronic F108 et l'hydroxypropylcellulose, pour estimer la concentration des NTCs en solution. Les NTCs semblent être fortement individualisés dans ces deux dispersants sans détection des fagots restants ou des agglomérats après la sonication et la centrifugation. Ils ont également montré que le Pluronic F108
est un meilleur dispersant que l'hydroxypropylcellulose [164]. Chi Ho Li et al (2011), ont décrit la
synthèse d'un copolymère multifonctionnel constitué d’un groupement pyrène et le complexe
ruthénium terpyridyle. Le bloc pyrène dans le copolymère facilite la dispersion des nanotubes de carbone multi-parois en solution dans le DMF en raison de la forte interaction π- π entre les groupements pyrène et la surface des nanotubes. Le copolymère à bloc peut faciliter la dispersion des nanotubes de carbone dans des solvants organiques [165]. Jorge Mejia et al, ont pu préparer des nanotubes de carbones multi-parois (MWNTs) qui, sont dispersés dans l'eau et dans une solution de Pluronic F108 par quatre méthodes différentes (dispersion sous agitation, sonication en bain, agitation suivie par sonication en bain, et la sonde de sonication). Il a été montré que, quelles que soient les méthodes de dispersion utilisées, les MWNTs sont fortement enveloppés avec le tensioactif biocompatible Pluronic F108 ; ce qui modifie la surface externe des MWNTs. Un raccourcissement des MWNTs est également observé lorsque les méthodes de sonication sont utilisées. En Addition, il a été montré que le Pluronic F108 améliore la dispersion des MWNTs tout en masquant les effets néfastes des ultrasons [166].
Dans une autre étude, réalisée par Chantal Semaan et al (2012), ils ont enveloppés les NTCs avec des copolymères à blocs amphiphiles en solution aqueuse. Le Poly (oxyde d'éthylène) a été sélectionné comme le bloc hydrophile en raison de sa forte affinité avec l'eau pendant, alors que l'un des polymères suivants: poly (éthylène), le poly (butadiène), le poly (styrène), le poly (oxyde de propylène), ou le poly (thiophène) a été utilisé comme bloc hydrophobe des copolymères. D'après les résultats, ils pourraient évaluer l'effet de la masse molaire des copolymères, la nature du bloc hydrophobe et la longueur du bloc hydrophile sur la qualité de la dispersion des NTCs. Il a été aussi démontré l'efficacité des copolymères à blocs amphiphiles sur la fonctionnalisation des MWNTs et leur dispersion en solution aqueuse. Cette efficacité a été liée à la structure des copolymères, en incluant la composition chimique, le poids moléculaire et la balance entre la partie hydrophile / hydrophobe. En particulier, ils ont démontré que plus les micelles sont stables, moins le copolymère est efficace pour la dispersion, cette stabilité des micelles étant influencée par la structure du copolymère.
Figure I. 18. Représentation des MWNTS disperses dans une matrice de PEO: i) Faisceaux des MWCNTs non
Ceci est en accord avec un mécanisme d'emballage qui repose sur une faible interaction (non spécifique) entre les NTCs et une partie hydrophobe du copolymère (Figure I. 18.). De cette façon, parmi les copolymères évalués, le PE-PEO, le PPO-PEO, et les copolymères à blocs POE-PT sont les plus efficaces pour la dispersion des NTCs dans la phase aqueuse [167].
IV.4. Propriétés biologiques
Du fait de leurs propriétés optiques, les NTCs présentent certains avantages par rapport aux
nanocristaux (quantum dots) ou d’autres matériaux organiques utilisées pour l’imagerie médicale
[168]. Une propriété importante des NTCs est leur photoluminescence stable. Lorsque ces derniers
sont placés en culture à l’intérieur de cellules ou d’autres organismes vivants, il est possible d’exposer le milieu à des sources laser plus puissantes et durant des temps plus longs, ce qui n’est pas envisageable avec d’autres types de marqueurs. Par ailleurs d’autres études ont en plus démontré que les NTCs peuvent être aisément localisés à l’intérieur d’organismes et en particulier
dans le sang [169]. Ce qui facilite, donc, leur élimination lorsqu’ils sont utilisés à des fins thérapeutiques.
Une autre thématique essentielle concerne le transport de médicaments qui peut se faire à
l’aide de NTCs. Actuellement, les médicaments sont véhiculés dans les organismes vivants par des
vecteurs viraux, des nanoparticules ou encore des polymères. Aussi, le médicament a une action
dans tout le corps sans qu’il y ait possibilité d’agir localement au niveau de la tumeur. Par conséquent, il y a un risque d’excès de médicament et donc de dégradation de cellules saines. Une autre limitation de ces vecteurs de médicaments est leur faible pénétrabilité à l’intérieur des cellules
[168]. C’est pourquoi, du fait de leur géométrie (facteur d’aspect élevé), les NTCs sont des matériaux adaptés pour des applications biologiques. De telles applications nécessitent par contre une fonctionnalisation de surface des CNTs afin de les rendre biocompatibles [170] et facilement
éliminables par l’organisme [171].
Figure I. 19. Schéma d’un CNT contenant la molécule de doxorubicine (utilisée dans le traitement de cancer)
par l’intermédiaire d’une liaison π. Ce CNT a subi au préalable une fonctionnalisation
A ce jour, la toxicité des NTCs fait débat au sein de la communauté. Une récente étude
menée par Dai et al. a démontré l’utilisation de NTCs à des fins thérapeutiques sans conséquence
sur un organisme vivant [171] (Figure I. 19.). A l’inverse d’autres études menées sur des macrophages ont clairement annoncé la cytotoxicité des NTCs et autres fullerènes [173]. La manipulation des NTCs avec des principes de sécurité est donc de rigueur.