CHAPITRE IV EFFET ANTIBACTERIEN DES NANOPARTICULES AG@SIO 2 : GREFFAGE SUR
IV.5.1 Procédure de greffage des nanoparticules
Les nanoparticules Ag@SiO2-NH2 ont été greffées sur les fibres de PET selon une
procédure similaire à celle utilisée pour la bande de coton. Le mélange eau/nanoparticules dans lequel des fibres de PET sont ajoutées est mis sous agitation avec un palier de température d’une heure à 70°C. Les fibres sont ensuite retirées, lavées à grande eau puis séchées à l’air libre.
Figure IV-16 : Schéma de la procédure de greffage des nanoparticules Ag@SiO2-NH2 sur les fibres de PET.
A) PET neutre, B) PET imprégné, C) micrographie prise en microscopie électronique à balayage.
Le greffage des nanoparticules Ag@SiO2-NH2 sur le PET est rendue possible via une
réaction d’aminolyse (170) qui conduit à la formation de liaisons amides entre les
nanoparticules et la fibre par rupture de chaine polymérique comme illustrée par le schéma de la Figure IV-17.
Eau +
50 C, 1h
B
A
X X X X X X X X X X X X X Ag@SiO2500 nm
C
10 µm
Chapitre IV Effet antibactérien des nanoparticules Ag@SiO2 : greffage sur textile médical
Figure IV-17 : Fonctionnalisation de surface du PET avec le 1,2-éthylènediamine (170).
Des tests antibactériens préliminaires selon la Norme ISO 22196 : 2007 ont pu être réalisés. Ils ont révélé un caractère bactériostatique lorsque la concentration massique de nanoparticules par unité de masse de PET est égale à 3,8 mg/g. Des tests plus poussés sur la solidité du greffage et la détermination de la concentration minimale inhibitrice sont actuellement en projet. O O O O HN NH2 O OH O O H2N NH2 Fi br e de PE T Fi br e de P ET
Chapitre IV Effet antibactérien des nanoparticules Ag@SiO2 : greffage sur textile médical
IV.6 Conclusion
Au cours de ce chapitre, nous avons pu valider le potentiel antibactérien des nanoparticules
Ag@SiO2 en évaluant systématiquement les effets bactéricides sur quatre types de
bactéries gram-positives et gram-négatives, en particulier sur la souche S. aureus très résistante aux antibiotiques et cause fréquente des maladies nosocomiales.
Les nanoparticules sous forme colloïdale se sont montrées capables de tuer les bactéries avec une efficacité comparable à celle des ions argent en solution. Leur caractère antibactérien peut être modulé par variation de la quantité d’argent incorporé dans la silice. La procédure de greffage de nanoparticules sur une bande en coton médicale a ensuite permis de manière rentable d’obtenir un textile présentant à nouveau des propriétés antibactériennes très intéressantes.
Sous forme de suspension colloïdale ou de revêtement antibactérien, ces nanoparticules de silice contenant des nano-objets d'argent se présentent donc comme une alternative prometteuse à l’actuelle technologie impliquant des matériaux contenant de l’argent. A ces propriétés antibactériennes, pourra s’ajouter une application de détection grâce à l’encapsulation conjointe d’agents fluorescents. La maitrise de la fonctionnalisation de surface des nanoparticules nous a de surcroit permis d’obtenir des suspensions colloïdales stables. Ce résultat permet d’envisager un large éventail d'applications dans les systèmes biologiques. Un deuxième atout du système que nous avons développé réside dans la capacité des nanoparticules à interagir avec d’autres matériaux comme cela a été le cas avec le coton et le PET. Il devrait donc être possible de les introduire dans d’autres types de matériaux présentant des risques de colonisation bactérienne comme par exemple les claviers d’ordinateurs.
Comme dans toute nouvelle technologie et plus particulièrement lorsqu’elle est en lien direct avec le domaine biomédical, la sécurité de l'environnement, la toxicité et la facilité de fabrication seront des aspects à prendre en considération et à étudier de façon détaillée dans le développement de ce nouvel agent antibactérien.
Conclusion
Conclusion
Notre étude a été initiée par deux constats. D’une part, le système micellaire inverse peut être considéré comme un réacteur individuel parfaitement adapté à la synthèse de nanomatériaux dans la mesure où il assure un contrôle de la taille tout en isolant les objets en croissance les uns des autres. D’autre part, l’encapsulation de molécules ou de nano-objets dans une matrice de silice est décrite dans la littérature comme une piste très attrayante non seulement comme moyen de protection mais également comme une voie d’accès pratique à des nanomatériaux multifonctionnels. Cependant, dans le cas de l’encapsulation de nano-objets métalliques les synthèses manquent de reproductibilité. L’objectif de notre étude était donc de partir d’un système de microémulsion inverse décrit pour la synthèse de nanoparticules de silice fluorescentes pour en développer les potentialités dans le cadre de la conception de nano-objets fonctionnels voire multifonctionnels pour un usage plus particulièrement biomédical. Ainsi, nous avons choisi de mettre à profit l’étude détaillée que nous avons menée sur la synthèse de nanoparticules par microémulsion inverse pour concevoir un agent antibactérien à base d’argent, domaine d’application dans lequel les nanotechnologies sont en plein essor.
Après une première étude dont l’objectif était de comprendre et maîtriser les différents paramètres de notre synthèse en milieu micellaire influant sur la taille et la structure d’une nanoparticule de silice simple, nous avons appliquée cette technique à un système plus complexe. Nous souhaitions alors mettre au point une méthode d’encapsulation la plus souple possible généralisable au plus grand nombre d’espèces d’intérêt. Ainsi, nous avons montré que par cette voie, il est possible d’encapsuler avec succès des espèces moléculaires qu’elles soient hydrophiles ou hydrophobes, fonctionnalisables ou non par un silane ainsi que des nanoparticules. Par simple piégeage ou insertion covalente dans le réseau de polysiloxane, nous avons mis au point des nanoparticules fluorescentes qui présentent une résistance au photoblanchiment plus important que le fluorophore libre ainsi que des nanoparticules de structure cœur@coquille. De surcroit, la possibilité de combiner cœur(s) métallique(s) et fluorophores au sein d’une même nanoparticule ouvre la voie aux nanomatériaux multifonctionnels.
Dans l’objectif de synthétiser de tels nano-objets complexes, nous avons également prouvé qu’il est possible d’enchainer dans un seul et même « nanoréacteur micellaire » les différentes étapes de conception d’un nano-objet fonctionnel de structure cœur@coquille à
Conclusion
surface par des groupements réactifs jusqu’au greffage ultérieur d’une entité d’intérêt. L’optimisation de notre synthèse dans cette optique a permis de limiter les étapes intermédiaires de lavage tout en bénéficiant pour toutes les étapes de la présence protectrice de la micelle par rapport à une éventuelle agglomération des objets nanométriques. Les nanoparticules obtenues par cette voie présentent une très bonne stabilité colloïdale dans l’eau et peuvent alors être utilisées dans le cadre d’applications liées au domaine biomédical.
L’ensemble de notre travail de compréhension et d’optimisation de la synthèse de nanoparticules hybrides nous a permis de concevoir un nouvel agent antibactérien nanométrique composé d’une matrice de silice dans laquelle sont encapsulés des cœurs d’argent métallique. Non seulement les nanoparticules argent@silice ont montré une très bonne activité antibactérienne et ce pour des concentrations très faibles en objets mais également une capacité d’exercer un effet antibactérien au cours du temps. Cette propriété particulièrement intéressante est due à la structure cœur@coquille qui permet une libération progressive d’ions argent par oxydation continue du cœur métallique. Ainsi, comme nous l’avions imaginé préalablement à sa mise au point, ce nano-objet argent/silice a effectivement démontré ses capacités de réservoir d’ions argent.
En perspectives, il est tout à fait envisageable de rendre ses nano-objets antibactériens fluorescents par incorporation d’un fluorophore. Ainsi nous pourrions effectuer un suivi du devenir des nano-objets et leur éventuel passage dans l’organisme après mise en contact avec une plaie. Ce type d’étude entre parfaitement dans le cadre de la problématique actuelle d’évaluation de la toxicité des nanomatériaux actifs. Parallèlement, la souplesse de la synthèse permet d’imaginer différentes combinaisons d’objets dans le cadre par exemple de thérapie suivie en imagerie. Ainsi, nous pourrions combiner les propriétés de l’or comme agent de contraste X avec les propriétés cytotoxiques d’un agent photosensibilisant de type porphyrine dans le cadre de la thérapie photodynamique. Enfin, comme l’encapsulation dans une matrice de silice dont la surface peut être fonctionnalisée est un moyen efficace de surmonter d’éventuelles difficultés liées à une insertion de nano-objets dans un réseau ou leur stabilisation dans un milieu bien défini que nécessiteraient certaines applications spécifiques, notre technique de synthèse devrait trouver son utilité dans de nombreux domaines.
Annexes
Annexe A Partie expérimentale
Annexe A Partie expérimentale
Cette partie détaille les réactions étudiées dans les chapitres précédents. La première partie indique l’origine des réactifs de synthèse. Dans une deuxième partie de ce chapitre seront décrits les modes opératoires de synthèse des nanoparticules. Enfin, toutes les techniques et appareillages d’analyse utilisés au cours de ce travail sont précisés dans la troisième partie.