Variation de l’hydrogel : l’agarose

En plus de la gélification ionique du Na-alginate par du CaCl2, nous avons également étudié en parallèle une autre méthode de gélification utilisant la température, comme dans le cas de l’agarose (A.III.3.2.1.). C’était un « plan B » proposé dans le projet ANR, en cas de verrou technique infranchissable dans le cas de l’alginate.

V.2.1. Détermination du point de gélification de l’agarose

Pour l’agarose, le point de gélification (𝑻_𝒈𝒆𝒍) est défini par la température au-delà de laquelle la solution est dans l’état liquide, et en-dessous de laquelle elle devient un gel. Comme 𝑻_𝒈𝒆𝒍 est influencée par la concentration en agarose (𝑪_{𝒂𝒈𝒂𝒓𝒐𝒔𝒆}) (Buckley et al. 2009) (Zamora-Mora et al. 2014), nous avons varié 𝑪_{𝒂𝒈𝒂𝒓𝒐𝒔𝒆} de 0,1 à 4wt% en solution aqueuse et nous avons mesuré 𝑻_𝒈𝒆𝒍 (Figure 116). Pour cela, les solutions sont préparées en mélangeant la poudre d’agarose avec de l’eau à 90°C dans des flacons de 2mL. Puis, elles sont refroidies dans un monopuit sur la platine du microscope optique (B.I.2.4.), qui est thermostaté et permet de diminuer la température de 50°C à 0°C par palier de 2°C/min. On observe le changement d’état du liquide vers le gel et le point de gélification (𝑻_𝒈𝒆𝒍) pour chaque 𝑪_{𝒂𝒈𝒂𝒓𝒐𝒔𝒆} (Figure 116). On remarque alors que 𝑻_𝒈𝒆𝒍 augmente avec 𝑪_{𝒂𝒈𝒂𝒓𝒐𝒔𝒆} jusqu’à 1wt%. Au-delà de cette valeur, 𝑪_{𝒂𝒈𝒂𝒓𝒐𝒔𝒆} a peu d’influence sur 𝑻_𝒈𝒆𝒍.

123 Figure 116. Point de gélification (𝑻_𝒈𝒆𝒍) de l’agarose en fonction de sa concentration (𝑪_{𝒂𝒈𝒂𝒓𝒐𝒔𝒆})

V.2.2. Préparation des microparticules d’agarose

Le montage (Figure 117) est similaire à celui utilisé pour le Na-alginate, avec le DMC comme phase continue et des capillaires de 150µm (diamètre interne). Le contrôle de la température concerne 3 zones : 1) la zone 1 de génération des gouttes dans un four où la température est supérieure à 𝑻_𝒈𝒆𝒍 pour que la solution d’agarose (phase dispersée) soit liquide ; 2) la zone 2 de refroidissement dans une boîte thermostatée à une température inférieure à 𝑻_𝒈𝒆𝒍, transformant les gouttes d’agarose en gel ; 3) la zone 3 de collection des microparticules à température ambiante. L’observation au microscope optique se fait aux points B et C car il est difficile d’observer en A dans l’enceinte du four.

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V.2.2.1. Gélification de l’agarose dans le capillaire

Afin de disposer de la plus grande gamme de température de gélification, nous choisissons 𝑪_{𝒂𝒈𝒂𝒓𝒐𝒔𝒆}=1wt%, pour laquelle 𝑻_𝒈𝒆𝒍≈38°C. Ainsi, la génération des gouttes dans le DMC (zone 1 de la Figure 117) est réalisée à 60°C, ce qui permet d’être assez loin du point d’ébullition du DMC (90°C). Dans la zone 2 (Figure 117), le capillaire est refroidi à différentes températures à l’aide d’un bain thermostaté : 1) 2-4°C ; 2) 25°C et 3) 38°C. Lors du refroidissement de 60°C à 2-4°C ou 25°C, on observe que l’écoulement des gouttes devient difficile. Les gouttes d’agarose sont donc rapidement transformées en gel, ce qui augmente la viscosité de la phase dispersée. Le refroidissement à 38°C permet une gélification lente ce qui augmente peu la viscosité et permet d’éviter le colmatage du capillaire.

V.2.2.2. Collecte et observation des microparticules d’agarose

La collecte est effectuée à température ambiante (25°C) dans du DMC. L’observation en C au microscope optique des microparticules d’agarose collectées (Figure 118 (a)) montre qu’elles se sont contractées entre les points B et C. De plus, elles semblent toutes homogènes avec un diamètre de 80µm environ. Par ailleurs, après le séchage à l’air, l’observation au MEB des microparticules montre une forme hémisphérique avec un creux (Figure 118 (b)).

Figure 118. Microparticules d’agarose préparées par collection dans (a-b) DMC et (c-d) DMC-éthanol (𝑪_{é𝒕𝒉𝒂𝒏𝒐𝒍}=20wt%). Conditions de la préparation : 𝑪_{𝒂𝒈𝒂𝒓𝒐𝒔𝒆}=1wt%, 𝑸_𝑫𝑴𝑪=0,5µL/s, 𝑸_{𝒂𝒈𝒂𝒓𝒐𝒔𝒆}=0,025µL/s et gélification à 38°C dans un capillaire de longueur 53cm.

125 La réduction de la taille observée au MEB par rapport à celle au microscope optique est due à la perte d’eau pendant le séchage à l’air et sous vide dans la chambre du MEB. Cela a déjà été observé précédemment pour les microparticules de Na-alginate et celles de Ca-alginate (Tableau 8, C.III.1.). Cependant, comme l’eau diffuse considérablement dans le DMC, la contraction des microparticules d’agarose est importante, et ces dernières deviennent très dures lorsqu’on essaie de les écraser avec une aiguille. En rajoutant de l’eau froide, pour éviter de dissoudre l’agarose, nous remarquons un gonflement des microparticules comme dans le cas du Na-alginate avec la solution aqueuse de CaCl2. D’ailleurs, elles deviennent plus molles dans l’eau selon l’essai avec une aiguille.

Une autre méthode pour réduire la dureté des microparticules d’agarose consiste à collecter dans un mélange de DMC/éthanol, car nous avons vu précédemment pour l’alginate que cela permettait de réduire la diffusion de l’eau et donc la contraction. Par conséquent, nous avons collecté les microparticules d’agarose dans un mélange DMC/éthanol (80/20 en masse) et l’observation au microscope optique et au MEB sont présentées respectivement dans les Figure 118 (c) et (d). Les microparticules d’agarose présentent une forme biconcave (façon donuts) avec une taille plus élevée que dans du DMC pur. De plus, on réussit à les écraser avec une aiguille, ce qui montre bien qu’elles sont plus molles.

D’après cette étude, l’agarose présente l’avantage de donner des microparticules après gélification, directement dans le capillaire (in situ). Cependant, la gélification in situ augmente la viscosité de la phase dispersée, ce qui pose parfois un problème de l’écoulement, dû au colmatage du capillaire. Pour éviter cela, la température doit être fixée de façon précise tout au long de la préparation. Par ailleurs, cette méthode permet de produire des microparticules d’agarose avec une forme proche de celle de GRs. Comme nous l’avons vu précédemment (C.IV.) pour les mesures acoustiques, nous sommes plus intéressés pour l’instant par la forme sphérique qui est plus facile à modéliser. Cependant, lorsque la forme des microparticules deviendra une caractéristique importante pour le développement de la méthode ultrasonore, la préparation de microparticules à partir d’agarose pourra être améliorée.

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