Nanoparticules
Les nanoparticules sont des unités ultrafines utilisées dans de nombreux domaines différents, du secteur biomédical et pharmaceutique aux technologies de stockage de l'énergie. En raison de leur taille, ils sont difficiles à suivre et à mesurer, mais il est essentiel de connaître leurs propriétés pour qu'ils puissent être conçus de manière à remplir leur fonction. Différentes technologies de mesure peuvent être utilisées pour produire et caractériser les nanoparticules, comme la synthèse par micro-ondes, la microscopie à force atomique, la diffusion dynamique de la lumière, la SAXS, la diffraction laser et bien d'autres encore. Sur cette page, vous trouverez des sujets de recherche spécifiques, par exemple, la génération de structures en oxyde de zinc de type wurtzite en forme de fleurs hexagonales à des fins de stockage d'énergie par synthèse micro-ondes, et la capacité de délivrance de médicaments des systèmes de nanoparticules et des nanoparticules d'ARN pour le silençage génique, analysés et étudiés par diffusion dynamique de la lumière (DLS) et diffusion électrophorétique de la lumière (ELS). Vous trouverez également une étude de l'investigation des paramètres de synthèse sur la croissance de nanoparticules semi-conductrices avec des particules d'aluminium par diffraction des rayons X pour la nanolithographie réalisée avec un AFM, et les résultats d'une enquête sur des complexes de nanoparticules ferriques pour une application intraveineuse via SAXS, DLS et ELS. Les instruments hautement précis d'Anton Paar pour vos recherches sur les nanoparticules sont utilisés depuis des décennies dans les meilleures universités et installations de recherche à travers le monde.
Synthèse de nanomatériaux avec des activités biologiques
Montage expérimental
Dans un flacon de 30 mL, une certaine quantité de macroalgues Fucus vesiculosus a été suspendue dans l'eau (1:25 p/v) et extraite sous chauffage micro-ondes à 170 °C pendant 1 min. Après refroidissement, le mélange a été centrifugé et la phase aqueuse a été mélangée avec CaCl2 et laissée toute la nuit. Le solide a été filtré et le filtrat a été dilué avec de l'EtOH et conservé au réfrigérateur pendant 8 h. Le précipité formé a été centrifugé et séché. Dans un flacon G10, l'extrait de fucoïdane fraîchement préparé a été dissous dans l'eau. Le chlorure d'or (III) trihydraté a été ajouté et le flacon a été soumis à une irradiation micro-ondes. Après refroidissement, le précipité formé a été centrifugé, lavé plusieurs fois à l'eau et soniqué. Les nanoparticules colloïdales ont été stockées à 4 °C jusqu'à nouvel ordre.
Résultats et discussion
Différentes concentrations de l'extrait ont été utilisées pour évaluer la stabilité colloïdale des nanoparticules résultantes. Le fucoïdane agit à la fois comme agent réducteur et agent de capage dans la formation des nanoparticules d'or. Le rendement en fucoïdane de l'extraction par micro-ondes est conforme aux données de la littérature, mais a été obtenu dans un temps beaucoup plus court qu'avec des systèmes conventionnels. De plus, la génération suivante de nanoparticules fonctionnalisées a été beaucoup plus rapide sous irradiation micro-ondes par rapport au chauffage conventionnel. La microscopie électronique à transmission par balayage a révélé une taille moyenne des particules de 10 nm, ce qui est une taille idéale pour les évaluations biomédicales. Ces particules ont donc été évaluées pour leur activité antitumorale dans la thérapie du cancer.
Fig 1. Schéma du chemin de synthèse et d'application des nanoparticules d'or fonctionnalisées au fucoïdane
Informations complémentaires
Instruments :Source: R. J. B. Pinto et al., Matériaux 2020, 13, 1076 Entrée de la base de données d'application:
Synthèse de nanoparticules polyioniques contenant du fluor pour la recherche sur les batteries
Introduction
Il y a eu beaucoup de recherches ces dernières années sur les composés polyanioniques contenant du fluor comme matériau d'électrode potentiel dans les batteries rechargeables. En variant les composés constitutifs, les propriétés électrochimiques du matériau peuvent être ajustées. Le chauffage au micro-ondes devrait faciliter les conditions de réaction plutôt délicates, et à un certain moment, cela implique de l'acide hydrofluorique ou des composés générant du fluorure, et nécessite généralement des températures extrêmement élevées bien au-delà de 300 °C. De légères adaptations de la procédure commune mènent à une méthode efficace pour générer divers systèmes polyanioniques.Montage expérimental
Le nitrate de fer nonahydraté a été déshydraté pendant 2 h sous vide puis dissous dans une boîte à gants dans 30 mL d'alcool benzylique pendant la nuit. Le méthoxide de lithium et l'acide phosphorique cristallin ont été dissous dans le mélange, puis 0,9 mL d'une solution de 20 M de HF dans MeOH ont été soigneusement ajoutés. Après avoir agité pendant 1 h, un aliquote (max. 6 mL) a été rempli dans un récipient en carbure de silicium de 10 mL. Le vaisseau a été scellé et soumis à une irradiation micro-ondes. La température cible a été atteinte en 4 minutes. Après refroidissement, le précipité a été centrifugé et redispersé dans de l'éthanol et de l'eau plusieurs fois. Enfin, la poudre obtenue a été séchée à 65 °C pendant la nuit.
Résultats et discussion
Le chlorure de cobalt ou le chlorure de vanadium peuvent également être utilisés comme précurseurs métalliques, dans des conditions sol-gel par ailleurs identiques, pour générer les fluorures de phosphate de lithium-cobalt et de lithium-vanadium de type tavorite correspondants. L'utilisation du récipient unique en carbure de silicium (SiC) pour les réacteurs Monowave était essentielle, car les flacons en verre standard pouvaient être attaqués et endommagés par l'acide hydrofluorique dans ces conditions de température élevée. Les nanoparticules ont été caractérisées structurellement par diffraction des rayons X, microscopie électronique à transmission et spectroscopie FTIR. Les cristaux générés par micro-ondes ont montré une bien meilleure uniformité que les espèces préparées de manière conventionnelle. Les nanomatériaux résultants ont été utilisés pour générer des électrodes de batterie avec du noir de carbone et ont été testés pour leur activité électrochimique.Informations complémentaires
Instruments :Source : N. Goubard-Bretesché et al., Chem. Eur. J. 2019, 25, 6189–6195 N. Goubard-Bretesché et al., Matière. Chem. Avant. 2019, 3, 2164–2174 Entrée de la base de données d'application :
Caractérisation des particules des systèmes de nanoparticules pour la délivrance de médicaments : Liposomes et micelles
Introduction
De petites liposomes/vesicules unilamellaires (SUV) sont des structures sphériques <100 nm entourées d'une seule bicouche lipidique, qui sont utilisées comme vecteurs pour une délivrance ciblée de médicaments, et constituent également de nouvelles frontières dans la formulation de vaccins. La préparation de SUV par la méthode d'élimination des détergents consiste à générer un mélange de lipides amphiphiles et d'un détergent, puis à éliminer ce dernier par dialyse. En surveillant à la fois la taille et le potentiel zêta des particules à l'aide d'un Litesizer 500, nous avons déterminé le rapport optimal entre les phospholipides et soit l'acide taurocholique (TA) soit les détergents de cholate de sodium (SC) pour la génération de SUV. De plus, la dynamique de formation des SUV pendant le processus de retrait du détergent pourrait être étudiée en effectuant des mesures avant et après différentes étapes de dialyse.Montage expérimental
Préparation de l'échantillon : Les SUV ont été préparés en utilisant de la phosphatidylcholine et deux détergents anioniques différents : l'hydrate de cholate de sodium (SC) et le sel de sodium de l'acide taurocholique (TA). Une concentration lipidique de 10 mg/ml a été utilisée, et différents rapports molaires lipide/détergent ont été testés : 1:0,5 ; 1:1 ; 1:2. La dialyse a été réalisée au moyen d'un système de tubage en membrane de cellulose avec une coupure de poids moléculaire de 14 kDa. Un tampon Tris avec une concentration de 50 mM et un pH de 7,25 a été utilisé pour effectuer la dialyse. Des changements de tampon ont été effectués toutes les 2 h pendant 2 cycles, puis toutes les 10 h pour 2 cycles supplémentaires (durée totale de la dialyse : 24 h). Technique de caractérisation : L'analyse de la taille des particules et l'analyse du potentiel zêta ont été réalisées sur un Litesizer 500.Résultats et discussion
Le ratio 1:2 a renvoyé la plus petite taille de SUV pour les deux détergents, avec des valeurs moyennes de 47 nm (pour TA) et 56 nm (pour SC). Pour le mélange lipide/cholate de sodium 1:2, des micelles mixtes ont été détectées avant la dialyse sous la forme d'un petit pic à environ 6 nm (Figure 1, a). Après la dialyse, la distribution monodisperse a montré un pic unique autour de 60 nm, confirmant la formation de SUV (Figure 1, b). Le changement de taille des particules et du potentiel zêta pendant le processus de dialyse pour le mélange lipide/cholate de sodium au ratio molaire 1:2 a été analysé après 4 h et 24 h de dialyse. La taille des particules a montré une diminution significative déjà après le deuxième changement de tampon et aucune différence remarquable n'a été notée après 24 h de dialyse. Au contraire, le potentiel zêta a augmenté continuellement après la dialyse.
Figure 1 : Distribution de la taille des particules par intensité avant dialyse (a) et après dialyse pour un rapport molaire de 1:2 entre lipide/cholate de sodium
Figure 2 : Taille des particules et potentiel zêta avant dialyse, après 4h et 24h de dialyse
Informations complémentaires
Instruments :Rapport d’application
Caractérisation des complexes de nanoparticules ferriques pour une application intraveineuse
Introduction
Des nanoparticules ferriques, stabilisées dans des complexes fer-oligosaccharides, sont couramment utilisées pour la thérapie intraveineuse au fer. L'application de tels complexes garantit une libération contrôlée de fer dans le sang. Les infusions comprenant des complexes de fer avec des ligands de poids moléculaire élevé ont souvent été associées à des complications, qui peuvent être surmontées en utilisant des préparations de faible poids moléculaire telles que le sucrose de fer. Les produits pharmaceutiques nécessitent strictement une caractérisation complète et approfondie de la formulation : pour les matériaux nanostructurés, des méthodes analytiques dédiées telles que la diffusion des rayons X à petit angle (SAXS) combinées à la lumière dynamique et électrophorétique (DLS, ELS) fournissent des informations structurelles complètes à l'échelle nanométrique.Montage expérimental
Deux préparations de fer différentes, le carboxymaltose ferrique et le sucrose de fer, ont été étudiées. La taille des particules et le potentiel zêta ont été mesurés avec un instrument Litesizer 500. DLS a fourni la taille des particules en termes de rayon hydrodynamique, tandis que le potentiel zêta – calculé en utilisant l' approximation de Hueckel – caractérisait la stabilité des dispersions colloïdales. Les mesures SAXS ont été effectuées sur l'instrument SAXSpoint équipé d'une source de rayons X micro Primux 100. Pour obtenir la forme des particules ainsi que des informations sur la structure interne, les données de diffusion mesurées ont été traitées avec l'approche Transformation de Fourier Indirecte (IFT).Résultats et discussion
Les résultats DLS prouvent que les deux préparations de fer ont présenté une distribution de taille étroite avec un diamètre de particule hydrodynamique moyen d'environ 12 nm (Fe saccharose ) et 24 nm (Fe carboxymaltose), respectivement. La SAXS a révélé que les particules de saccharose de Fe avaient une forme presque sphérique. En revanche, les particules de Fe carboxymaltose avaient une forme cylindrique, semblable à une tige. Les résultats du potentiel Zeta indiquent une stabilité différente des préparations : le Fe saccharose avait une valeur absolue élevée de 29,5 mV, suggérant une excellente stabilité colloïdale. En revanche, la faible valeur pour le Fe carboxymaltose (6,8 mV) suggère que la préparation pourrait s'agréger et se déposer, ce qui raccourcirait la durée de conservation. Le présent travail montre qu'en appliquant les trois techniques complémentaires, SAXS, DLS et ELS, une caractérisation structurelle complète des préparations fer-carbohydrate peut être réalisée.
Figure 1. Résultats DLS. Distribution de la taille des particules de carboxymaltose de Fe (à gauche) et de saccharose de Fe (à droite).
Figure 2. Résultats SAXS : fonctions p(r) (c'est-à-dire fonctions de distribution des distances entre paires) de carboxymaltose de Fe (à gauche, forme sphérique) et de saccharose de Fe (à droite, forme cylindrique)
Détermination de la taille des particules et du potentiel zêta des nanoparticules d'ARN pour le silençage génique
Introduction
Les micro-ARN à brin simple (miARN) sont de courtes séquences d'ARN capables de promouvoir le silençage des gènes en inhibant la traduction de l'ARN messager du gène cible. C'est pourquoi ils sont actuellement utilisés dans la formulation des vaccins. Cependant, dans cet exemple, nous sommes concentrés sur le micro-ARN miR-27a et sa capacité à supprimer l'expression du marqueur adipogénique PPARg (récepteur gamma activé par les proliférateurs de peroxysomes), bloquant ainsi la différenciation des adipocytes. Pour cette raison, les nanoparticules de miR-27a-protamine peuvent représenter une nouvelle approche thérapeutique pour prévenir les complications métaboliques associées au diabète et à l'obésité. Étant donné que les propriétés des nanoparticules telles que la taille et le potentiel zêta peuvent influencer l'absorption des particules par les cellules et/ou tissus cibles in vivo, les technologies de diffusion de la lumière représentent un outil important pour étudier les propriétés physico-chimiques des systèmes de délivrance de l'ARNm.Montage expérimental
Préparation de l'échantillon : la protamine de saumon (grade IV) et le mimique de miARN mmu-miR-27a-3p (séquence5'-UUCACAGUGGCUAAGUUCCGC-3') ont été utilisés pour la préparation des nanoparticules à température ambiante. Des nanoparticules se sont formées spontanément en raison des interactions électrostatiques après un mélange approfondi de miARN et de protamine. Pour étudier l'influence de proportions variables de miARN par rapport à la protamine sur les propriétés physico-chimiques des particules, des nanoparticules avec un rapport masse miARN:protamine allant de 2:1 à 1:7 ont été préparées. Une concentration finale de miARN de 50 µg/ml a toujours été utilisée pour la formation de nanoparticules. Technique de caractérisation : Les nanoparticules de protamine miARN finales ont été caractérisées par la taille des particules et le potentiel zêta avec le Litesizer 500.
Résultats et discussion
Le changement du rapport masse miARN:protamines a eu un impact sur la taille des particules et le potentiel zêta (Figure 1). Les nanoparticules variaient en taille de 100 nm à presque 200 nm, les plus grandes particules étant générées par un rapport de 1:1 de miARN à protamine. Le potentiel Zeta a montré un déplacement des valeurs négatives vers des valeurs positives en fonction de la quantité de protamine chargée positivement ou d'acide nucléique chargé négativement. À partir d'un rapport masse miARN:protamine de 1:3 ou moins, à la fois la taille des particules et le potentiel zêta semblaient se stabiliser, suggérant que la protamine pourrait être présente en excès et ne plus être intégrée dans les particules lorsqu'elle dépasse 3 fois la quantité de miARN.
Figure 1 : nanoparticules miARN-protamines avec une concentration de 50 µg/ml de miARN caractérisées par la taille des particules (n=6, barres) en tant qu'intensité de pic ou diamètre hydrodynamique et par le potentiel zêta (n=3, carrés)
Informations complémentaires
Type d’instrument :Rapport d’application
Papier
Détermination de la taille des particules du pigment TiO₂
Introduction
Dans l'industrie cosmétique, des nanoparticules et des microparticules sont utilisées pour améliorer la performance des produits et répondre aux attentes élevées des consommateurs. La taille des particules affecte différentes propriétés telles que la sensation sur la peau, la texture, la couleur et l'absorbance UV. De plus, la Commission européenne a émis un règlement pour garantir la sécurité des produits cosmétiques, rendant nécessaire la caractérisation des matières premières pour l'industrie cosmétique, et des produits finis. Ici, nous démontrons que le PSA est un outil bien adapté pour caractériser le pigment de dioxyde de titane en termes de distribution de la taille des particules.Montage expérimental
TiO2 pigment a été mesuré à la fois en mode de dispersion liquide et sèche à l'aide d'un PSA 1190 LD. Trois mesures consécutives ont été effectuées pour chaque échantillon. L'approximation de Mie a été appliquée pour le calcul en utilisant la valeur de 2,56 et 0,1 comme indice de réfraction et indice d'absorption, respectivement. Pour la mesure liquide, l'échantillon a été pré-dispersé dans 1 g/L d'hexamétaphosphate de sodium et le sonicateur externe a été appliqué pendant 2 min à 80 % de puissance ; la mesure a été effectuée à l'aide d'un agitateur rapide (350 tr/min) et d'une pompe moyenne (120 tr/min). Des mesures à sec ont été effectuées avec un cycle de service du vibrateur de 50 %, une fréquence vibratoire de 50 Hz et une pression de 250 mBar pendant 10 sec.Résultats et discussion
Les particules principales de TiO2 en poudre ont été mesurées à l'aide de la dispersion liquide ; la taille de l'agglomérat a été déterminée à l'aide de l'unité de dispersion à sec. La figure 1 affiche la distribution de la taille des particules et les valeurs D pondérées par le volume obtenues pour les deux dispersions. Les particules primaires dans la dispersion liquide (Figure 1, courbe rouge) montrent une distribution de taille de particules étroite et monomodale. L'échantillon mesuré en mode sec est polydisperse avec des agglomérats >10 µm (Figure 1, courbe noire). Pour les deux dispersions, l'écart type relatif (RSD %) mesuré sur 3 répétitions était <5 %.
Informations complémentaires
Instruments :- PSA 1190 LD
Rapport d’application
- Voici le Soleil - Utiliser la diffraction laser pour caractériser les cosmétiques
Détermination de la concentration de nanoparticules en solution
Introduction
Différentes concentrations de nanoparticules sont utilisées dans plusieurs applications, par ex. des solutions colloïdales ou des produits pharmaceutiques. Les principales fonctions dans ce domaine sont l'administration de médicaments et les systèmes de libération contrôlée. Les nanoparticules peuvent influencer ces processus et soutenir une libération rapide de médicaments, mais peuvent également entraîner des conséquences néfastes si la concentration est trop élevée. L'indice de réfraction est corrélé à la concentration de particules dans une solution, et une mesure fournit en quelques secondes un résultat fiable pour la concentration de nanoparticules et peut déjà être utilisé pour des volumes de solution de 10µL.Montage expérimental
Pour une méthode établie, par exemple « Solides totaux de sérum/plasma humain » ou fonction client, il suffit d'appliquer une goutte de 10 µL ou plus sur la surface de mesure de l'Abbemat réfractomètre. La méthode choisie affichera automatiquement la concentration de la substance. Pour les produits nouvellement développés, une dilution en série est utilisée pour déterminer le rapport concentration-indice de réfraction. La fonction de corrélation est utilisée par la suite dans la méthode client et fournit des résultats rapides pour la concentration de particules inconnues.Résultats et discussion
L'indice de réfraction pour la mesure de concentration des nanoparticules est déjà utilisé dans un large éventail d'applications et peut être facilement adapté à de nouvelles formulations. La précision est de 0,05 g/100 g ou 0,00002 nD.
Informations complémentaires
Instruments :Rapport d'application & source de recherche :
- Réfractomètre_Overview_Application_Methods_20-05
- Mesure de l'Indice de Réfraction des Solides Pharmaceutiques : Une Revue des Méthodes de Mesure et des Applications Pharmaceutiques DOI : 10.1016/j.xphs.2019.06.029
Investigation des paramètres de synthèse sur la croissance des nanoparticules semi-conductrices
Introduction
Le sulfure de zinc (ZnS) et l'oxyde de zinc (ZnO) appartiennent au groupe des semi-conducteurs II-IV et ont des applications potentielles dans des domaines tels que les cellules solaires, les fenêtres infrarouges, les lasers, les écrans et les capteurs. Diverses méthodes de synthèse pour les deux matériaux ont été développées, mais des procédures plus rapides et moins coûteuses font encore l'objet d'enquêtes en cours. Ici, nous utilisons une procédure de synthèse établie utilisant l'acétate de zinc (Zn(OAc)2) et le thioacétamide comme précurseurs pour les nanoparticules de ZnS. Ces particules peuvent être facilement oxydées en nanoparticules de ZnO en chauffant jusqu'à 600 °C dans l'air. La formation de ZnS est étudiée par XRD in-situ, ce qui donne des informations supplémentaires sur l'influence de la température, du taux de chauffage et du temps d'attente sur la taille des nanoparticules résultantes et également sur le temps nécessaire pour une oxydation complète en ZnO.
Montage expérimental
Des investigations par DRX ont été réalisées sur un diffractomètre à rayons X en poudre de laboratoire équipé d'une chambre rectorale XRK 900 d'Anton Paar. Les diffractogrammes ont été enregistrés en utilisant le rayonnement CuKɑ à température constante dans la plage de 25 à 600 °C. Le temps de mesure pour chaque diffractogramme était de 10 minutes. Zn(OAc)2 (pureté : 99,99 %) et thioacétamide (pureté : 99,0 %) ont été broyés séparément pendant 10 minutes. Ensuite, un mélange équimolaire a été préparé et homogénéisé par un broyage supplémentaire pendant 10 minutes. Le mélange de réaction obtenu a été rempli dans un support d'échantillon Macor de XRK 900. La synthèse des nanoparticules de ZnS a été réalisée sous une atmosphère d'azote (pression de 1 bar) et l'oxydation suivante en nanoparticules de ZnO a été effectuée dans l'air.
Résultats et discussion
Avec la chambre de réacteur XRK 900, il est possible de surveiller la croissance des nanoparticules de ZnS in-situ. La mesure et le contrôle précis de la température permettent de faire varier les paramètres de synthèse, ce qui fournit des informations précieuses sur le processus de croissance et la taille résultante des nanoparticules. La possibilité de travailler dans l'air avec XRK 900 permet également l'investigation in-situ de l'oxydation des nanoparticules de ZnS en ZnO. Le temps de réaction peut être optimisé, aidant à réduire le coût d'un processus à grande échelle.
Informations complémentaires
Instruments :
