6-2 Extraction des anneaux d’amphiphiles par électroélution directe

II-6-2-1- Extraction des anneaux formés à partir de l’amphiphile

II-23

Les assemblages formés à partir de l’amphiphile II-23 (cf partie II-5-2-2) ont été extraits des nanotubes de carbone par le système d’électroélution directe présenté ci-dessus. Les échantillons d’anneaux ont été dialysés et centrifugés pour donner des solutions aqueuses de nanobagues, à pH=8, de couleur jaunâtre.

Les clichés de microscopie d’anneaux isolés (Figure II-53 – A à D) montrent des objets de forme circulaire d’un diamètre moyen d’environ 45 nm et d’une épaisseur moyenne de 5 nm. Ces anneaux présentent une distribution en taille réduite et comprise entre 35 et 55 nm (Figure II-53 – E à G), bien inférieure à celle observée dans le cas des anneaux d’amphiphile II-4, extraits pas la méthode d’électrophorèse/électroélution, avec une dispersité s’échelonnant de 35 à 90 nm.

Enfin, le compartiment contenant les nanotubes de carbone a été observé par microscopie électronique dans le but de vérifier l’efficacité du nouveau procédé d’extraction. Les clichés de microscopie montrent que, sur l’ensemble d’un échantillon, la grande majorité des nanotubes sont exempts d’anneaux de surfactants (Figure II-53 – H), et seuls quelques-uns sont recouverts de nanobagues. Ces derniers présentent généralement une très grande longueur, supérieure au micromètre (Figure II-53 – I), rendant probablement l’extraction des bagues plus difficile.

Figure II-53 – Clichés de microscopie électronique à transmission d’anneaux formés à partir de l’amphiphile II-23 – Echelles: (A) 50 nm ; (B) 50 nm ; (C) 50 nm ; (D) 50 nm ; (E) 50 nm

(F) 100 nm ; (G) 50 nm ; (H) 200 nm ; (I) 50 nm

L’approche mise en œuvre pour extraire les anneaux de surfactants de façon indemne donne de bons résultats. Elle s’appuie sur le renforcement de leur structuration par la synthèse d’un amphiphile doublement polymérisable et par le développement d’une méthode d’extraction permettant une séparation plus douce et efficace. La combinaison de ces deux améliorations a permis de diminuer grandement leur distribution en taille. Par la méthode de l’électrophorèse sur gel d’agarose combinée à l’électroélution, les anneaux récupérés présentaient une distribution en taille s’échelonnant de 35 à 90 nm alors que ceux extraits par électroélution directe présentes une distribution en taille comprise entre 35 et 55 nm.

Pour établir l’influence de la polymérisation et de la méthode d’extraction sur la dispersité en taille des nanobagues, nous avons renouvelé cette étude sur des anneaux formés à la surface de nanotubes de carbone à partir du tensio-actif II-4. Si les anneaux récupérés à l’issue de cette expérience ont une distribution en taille identique à ceux synthétisés à partir de l’amphiphile II- 23, cela signifiera que le mode d’extraction a une influence majeure sur cette distribution.

A l’opposé, s’ils ont une dispersité proche des nanobagues de l’amphiphile II-4 récupérés par la méthode de l’électrophorèse/électroélution, cela signifiera que la méthode d’extraction n’a aucun effet sur la distribution en taille, et que la double polymérisation a un effet important sur celle-ci.

II-6-2-2-Extraction des anneaux formés à partir de l’amphiphile

II-4

Pour déterminer l’influence de la double polymérisation et de la méthode d’extraction sur la distribution en taille, les assemblages formés à la surface des nanotubes de carbone à partir du surfactant II-4 (cf. chapitre 2.4) ont été extraits par la méthode de l’électroélution directe. Les échantillons ont été dialysés et centrifugés pour donner des solutions aqueuses de nanobagues à pH=8 de couleur jaune pâle.

Les anneaux, récupérés à l’issue de l’extraction, ont ensuite été observés par microscopie électronique à transmission par coloration négative à l’acétate d’uranyle.

Figure II-54 – Clichés de microscopie électronique à transmission d’anneaux formés à partir de l’amphiphile II-4 extraits par électroélution directe

Echelles: (A) 50 nm ; (B) 50 nm ; (C) 50 nm ; (D) 50 nm ; (E) 100 nm ; (F) 200 nm

Les clichés de microscopie d’objets isolés (Figure II-54 – A à D) mettent en évidence la présence de structures circulaires avec un diamètre moyen de 45 nm pour une épaisseur moyenne de 5 nm, identiques à celles observées précédemment.

L’analyse d’une population d’anneaux (Figure II-54 – E & F) montre une dispersité en taille comprise entre 30 et 60 nm. Cette distribution est plus étroite que celle d’anneaux extraits

par électrophorèse suivie de l’électroélution, mais légèrement plus large que celle observée pour les anneaux formés à partir de l’amphiphile doublement polymérisable.

Ces résultats révèlent que la méthode d’extraction a un impact important sur la dispersité en taille des objets récupérés, et permet d’extraire ces anneaux de façon plus douce et sans destruction. De plus, la double polymérisation présente elle aussi un effet bénéfique sur leur dispersité car la distribution d’anneaux formés à partir de l’amphiphile II-23 est légèrement plus étroite que celle de nanobagues formées par le surfactant II-4.

En résumé, il semble que les deux facteurs, la double polymérisation et la séparation par électroélution directe, influent sur la distribution en taille des populations d’anneaux extraits. Le facteur majoritaire s'avère être la méthode d’extraction qui permet de procéder à une séparation efficace et non altérante. La différence entre les deux méthodes exposées dans ce chapitre provient du libre mouvement des nanotubes de carbone en solution qui permet aux anneaux de s’extraire préférentiellement lorsque les nanotubes s’orientent parallèlement au champ électrique.

Comme déjà évoqué, nous avons remarqué que le diamètre des anneaux à la surface des nanotubes de carbone différait du diamètre des anneaux extraits. Nous avions expliqué ce phénomène par le fait que les anneaux isolés, en absence d’interactions hydrophobes fortes avec la surface du nanotube, se structurent dans une configuration thermodynamiquement plus stable. Ceci se traduit par un espacement plus important entre les chaînes de surfactants polymérisées et, par conséquent, d’un accroissement du diamètre de l’anneau. Ainsi, la synthèse d’un composé doublement réticulable, engendrant la formation d’anneaux rigides, pourrait influer sur ce phénomène de réarrangement des chaînes de polymères. La réticulation de ces chaînes étant deux fois plus importante, le phénomène de gonflement (« swelling ») devrait être amoindri et donc conduire à la formation d’objet plus étroit. Cependant, les diamètres moyens des anneaux construits à partir des amphiphiles II-4 et II-23 étant similaires, la double polymérisation ne semble pas empêcher le réarrangement des chaînes des nanobagues et la réduction du phénomène de gonflement, mais influe plus particulièrement sur la dispersité en taille des anneaux.

Enfin, la lyophilisation des anneaux de surfactants a été étudiée afin de vérifier l’effet de ce procédé sur la structure de ces objets. Pour ce faire, nous avons lyophilisé un échantillon de nanobagues purifiées. Les nanobagues ainsi lyophilisées se présentent sous la forme d’un solide mousseux de faible densité de couleur jaune pâle. Ces anneaux ont ensuite été solubilisés dans une solution de NaOH à pH=8. L’analyse des clichés de microscopie de cette solution montre

que ce procédé ne modifie pas la structure de ces objets (Figure II-55 – A). L’observation d’une population d’anneaux montre une légère agrégation (Figure II-55 – B) qui ne semble pas altérer la structure des anneaux (Figure II-55 – C).

Ainsi, la lyophilisation n’altère pas la structure des nanobagues lors de leur solubilisation. Ce procédé, couramment utilisé lors de la formulation de médicaments, peut donc être employée, en particulier pour le stockage et la quantification de la masse des anneaux.

Figure II-55 – Clichés de microscopie électronique à transmission d’anneaux formés à partir de l’amphiphile II-4 extraits par électroélution directe et lyophilisés

Echelles : (A) 50 nm ; (B) 2 µm ; (C) 50 nm

Pour conclure, cette étude a montré que la méthode d’extraction était le facteur impactant le plus sur la dispersité en taille des anneaux. La réticulation accrue des anneaux, par l’utilisation de l’amphiphile II-23, permet d’obtenir une population en taille légèrement plus étroite mais n’apporte pas de grande modification sur la structure des anneaux isolés. La synthèse de cette amphiphile s’effectuant en 14 étapes et les objets issus de celui-ci étant très proche de ceux conçus à partir du tensio-actif II-4, il a été décidé d’étudier la structure et les propriétés d’inclusion des anneaux formés à partir de la molécule II-4. Pour réaliser cette étude, la synthèse de ce surfactant a été sous-traitée à la société Novalyst à Strasbourg qui nous a fourni 300 g de l’amphiphile II-4.