C HAPITRE III : OPTIMISATION DE LA PREPARATION DES NANOPARTICULES
III.2. Nanoprécipitation du PHU à partir d’une solution de THF THF
Le PHU est soluble dans le THF à température ambiante. Aussi, nous avons appliqué le protocole de nanoprécipitation (chapitre II et III.2.1.4) en remplaçant le DMSO par du THF. Le THF présente un avantage par rapport au DMSO : il est volatil (Teb = 66°C) et peut être éliminé par évaporation sous hotte40, 50, 72, 73. Avec le THF, il est donc possible d’obtenir des nanoparticules de PHU dispersées dans l’eau.
Dans les paragraphes III.1.2.2 et III.1.3, la comparaison des viscosités intrinsèques et des paramètres de Huggins du PHU dans le DMSO et dans le THF (à 25°C) et des paramètres de Flory (moins précise car basée sur un calcul) pour les couples (PHU, DMSO) et (PHU, THF) laissait supposer que les tailles de particules de PHU devaient être plus élevées avec le DMSO. La comparaison des paramètres d’interaction DMSO-eau et THF-eau conduisait à l’hypothèse inverse. Les résultats de nanoprécipitation du PHU dans le THF devraient permettre de définir quelle interaction a un effet prépondérant sur la formation des nanoparticules.
III.2.1. Protocole expérimental
Le protocole expérimental de nanoprécipitation du PHU solubilisé dans du THF est similaire à celui que nous avons suivi avec le DMSO. Cependant, la seringue utilisée ici est en verre (B. Braun, 50 ml). Le PHU est solubilisé dans 25 ml de THF (sans inhibiteur, grade HPLC, 99 %, Sigma-Aldrich) dans un flacon fermé, pendant une nuit à température ambiante. Après analyse en DLS, 50 ml de la nanosuspension sont prélevés et versés dans un Vial en verre de 100 ml. Le Vial est laissé sans bouchon sous une hotte aspirante durant 48 heures pour permettre l’évaporation du THF. Cette méthode d’élimination du solvant organique du milieu de dispersion des nanoparticules est couramment utilisée pour le THF40, 50, 72, 73 bien que l’évaporation à l’aide d’un évaporateur rotatif2, par bullage d’azote gazeux74 ou par évaporation flash75 puissent être aussi utilisées. L’efficacité de la méthode d’élimination du THF a été vérifiée par HPLC (voir annexe III.4.3). Le numéro de chaque échantillon est précédé de la lettre t qui se rapporte au THF utilisé comme solvant organique.
III.2.2. Nanoprécipitation dans le THF
III.2.2.1. Expériences et résultats
Nous avons réalisé dix expériences de nanoprécipitation avec le THF en appliquant les mêmes conditions expérimentales que dans le plan d’expériences réalisé avec le DMSO (tableau 15). Les mesures en DLS ont été effectuées sur les nanosuspensions obtenues avant et après évaporation du THF (sous hotte pendant 48h), le jour de la préparation et 21 jours plus tard.
Essai [PHU] (g/l) Veau
(ml) [SDS] (mM)
DMSO Avant THF (t = 0) THF (t = 21 jours) évaporation évaporation Après évaporation Sans évaporation Avec PDI (nm) PDI d (nm) PDI d (nm) PDI d (nm) PDI d (nm) d Echantillons sans tensioactif
d1, t1 1 50 0 0,28 103 0,05 142 0,28 157 0,02 108 0,32 158 d2, t2 5 50 0 0,27 110 0,06 126 0,30 173 0,95 91 0,24 116 d3, t3 1 150 0 0,15 87 0,72 1442 0,26 132 0,37 131 0,10 195 d4, t4 5 150 0 0,26 101 0,14 86 0,34 154 0,96 159 0,08 219 Echantillons contenant du SDS d5, t5 1 50 25 0,15 55 0,01 142 0,87 71 0,12 110 0,64 134 d6, t6 5 50 25 0,10 88 0,13 199 0,31 326 0,07 235 0,39 304 d7, t7 1 150 25 0,52 179 0,13 92 0,76 73 0,14 74 0,46 176 d8, t8 5 150 25 0,20 81 0,13 139 0,93 79 0,13 110 0,95 154 dA, tA 3 100 12,5 0,12 102 0,10 164 0,81 87 0,10 130 0,71 177 dB, tB 3 100 12,5 0,13 86 0,10 146 0,94 82 0,12 111 0,85 154 dC 3 100 12,5 0,13 93 dD 3 100 12,5 0,13 93
Tableau 15. Taille des particules et PDI obtenues par nanoprécipitation du PHU à partir du DMSO et du THF (les distributions polydisperses sont en gras, les distributions multimodales en souligné).
Afin de vérifier ou non la répétabilité de la nanoprécipitation du PHU dans le THF comme solvant organique, les essais t3, t4, t5 et t7 ont été répétés (tableau 16).
Essai [PHU] (g/l) Veau
(ml) [SDS] (mM)
t = 0 t = 21 jours
Avant
évaporation évaporation Après évaporation Sans évaporation Avec PDI (nm) PDI d (nm) PDI d (nm) PDI d (nm) d Echantillons sans tensioactif
t3 1 150 0 0,72 1442 0,26 132 0,37 131 0,10 195 t3' 0,42 732 0,07 147 1,00 171 Floculation t4 5 150 0 0,14 86 0,34 154 0,96 159 0,08 219 t4' 0,13 163 0,24 160 0,15 154 1,00 112 Echantillons contenant du SDS t5 1 50 25 0,01 142 0,87 71 0,12 110 0,64 134 t5' 0,09 155 0,35 139 0,22 106 0,74 119 t7 1 150 25 0,13 92 0,76 73 0,14 74 0,46 176 t7' 0,11 105 0,83 200 0,12 86 0,85 130
Tableau 16. Répétition de certains essais réalisés avec du THF (en gras les distributions polydisperses, en souligné les distributions multimodales).
Les résultats des mesures en DLS montrent que la nanoprécipitation du PHU à partir du THF dans ces conditions n’est pas répétable. En effet, les résultats diffèrent d’un échantillon à l’autre, notamment sans évaporation pour les t4 et t5 après 21 jours, et avec évaporation pour les essais t3 à t = 0 et pour les essais t3 et t4 à t = 21 jours. En particulier, les essais t3 et t4 qui apparaissent comme stables après évaporation du THF et après 21 jours (tableau 15) ne sont pas répétables.
Il s’avère que les conditions expérimentales permettant d’obtenir les valeurs du PDI et de la taille de particules minimales dans le cas du DMSO (essai d6 : PDI = 0,10, [PHU] = 5 g/l, Veau = 50 ml, [SDS] = 25 mmol/l ; essai d5 : z-ave = 55 nm, [PHU] = 1 g/l, Veau = 50 ml, [SDS] = 25 mmol/l) ne prévalent pas dans le cas du THF. Les échantillons préparés avec du THF ont un PDI plus faible que leurs homologues préparés avec du DMSO, mis à part t3 (PDI = 0,72) et t6 (PDI = 0,13). Les distributions de taille des échantillons préparés avec du THF sont unimodales, mise à part celle de t3.
Les échantillons préparés avec du THF ont une taille de particules plus élevée que leurs homologues préparés avec du DMSO, mis à part t4 et t7. Il semble donc que le mécanisme de formation des nanoparticules soit régi davantage par les interactions solvant-eau (III.1.3) que par les interactions polymère-solvant (III.1.3) et la viscosité de la phase organique (III.1.2).
Les distributions de taille des échantillons contenant du SDS mesurées 21 jours après leur préparation restent unimodales et monodisperses. La taille de particules de l’échantillon t6 augmente dans le temps tandis que les tailles de particules des autres échantillons contenant du SDS diminuent. Les distributions de taille des échantillons sans SDS mesurées 21 jours après leur préparation restent unimodales mais deviennent polydisperses.
Après évaporation du THF, toutes les nanosuspensions sont polydisperses. En outre, les distributions de tailles des échantillons contenant du SDS sont multimodales (sauf l’échantillon t5). Elles révèlent la présence de micelles de SDS d’une taille comprise entre 2 et 4 nm et d’agrégats de PHU de plusieurs micromètres de diamètre.
III.2.2.2. Discussions sur l’effet de l’évaporation du THF • Echantillons contenant du SDS
Avant évaporation du THF, la distribution de taille de particules des échantillons t5, t6, t7, t8, tA et tB est monodisperse et unimodale (exemple avec l’essai t7 : figure 29, courbe en trait plein). Nous supposons que le SDS présent dans ces échantillons est capable de stabiliser les nanoparticules sans s’organiser sous forme de micelles. En effet, dans le paragraphe III.1.1.2, nous avons observé l’absence de CMC du SDS dans des solutions aqueuses contenant 14, 20 ou 33 % volumique de THF. La déstabilisation des nanoparticules causée par les forces de déplétions n’a donc pas lieu.
Figure 29. Distributions de taille des nanoparticules préparées lors de l’essai t7 ([PHU] = 5 g/l ; Veau = 150 ml ; [SDS] = 25,0 mmol/l) avant et après évaporation.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 1 10 100 1 000 10 000 In ten si té ( % ) Taille de particules (nm)
Essai t7 avant évaporation Essai t7 après évaporation
PDI = 0,13, z-ave = 92 nm
Après évaporation du THF, la distribution de taille de particules des échantillons présente un pic autour de 2 ‒ 3 nm (exemple avec l’essai t7 : figure 29, courbe en pointillés) correspondant vraisemblablement à des micelles de SDS.
Les nanoparticules de PHU sont dispersées dans une solution constituée quasiment exclusivement d’eau ([THF] < 0,2 % vol., voir annexe III.4.3.3) dans laquelle la micellisation du SDS est permise. Pour chaque essai, nous avons calculé la surface totale des nanoparticules (Atot), la quantité totale de SDS présent dans la nanosuspension (n), la quantité de SDS susceptible de s’adsorber à la surface des nanoparticules (n0), la quantité de SDS au-dessus de laquelle la première micelle de SDS peut se former (ncmc) et l’excès de SDS par rapport à la CMC (n – (n0 + ncmc)) (tableau 17).
Tableau 17. Valeurs de Atot, n, n0 et ncmc déterminées pour chaque essai après évaporation du THF.
Pour tous les échantillons, l’excès de SDS par rapport à la CMC est élevé ((n – (n0 + ncmc)) / ncmc > 1). D’autre part, la surface totale développée par les nanoparticules est relativement faible (inférieure à 1 m²). Ces calculs permettent de valider l’hypothèse selon laquelle de nombreuses micelles sont présentes dans les échantillons. La population de taille autour de 5 µm (figure 29, courbe en pointillés) correspond à des agrégats de PHU formés sous l’effet de forces de déplétions.
Essai [PHU] Veau [SDS] d CMC Atot n n0 ncmc n-(n0+ncmc) n − (n0+ n𝐶𝐶𝐶) 𝑛𝐶𝐶𝐶
g/l ml mmol/l nm mmol/l m² mol mol mol mol
t5 1 50 25,0 71 6,0 0,87 1,25E-03 7,86E-06 3,00E-04 9,42E-04 3,14 t6 5 50 25,0 326 6,0 0,31 1,25E-03 8,56E-06 3,00E-04 9,41E-04 3,14 t7 1 150 25,0 73 6,0 0,76 3,75E-03 7,65E-06 9,00E-04 2,84E-03 3,16 t8 5 150 25,0 79 6,0 0,93 3,75E-03 3,53E-05 9,00E-04 2,81E-03 3,13 tA 3 100 12,5 87 6,0 0,81 1,25E-03 1,93E-05 6,00E-04 6,31E-04 1,05 tB 3 100 12,5 82 6,0 0,94 1,25E-03 2,04E-05 6,00E-04 6,30E-04 1,05