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RÉSUMÉ
Des nanoparticules mésoporeuses de silice (MSN), c'est-à-dire des particules d'un diamètre de l'ordre de 60 à 300 nm, possédant une porosité organisée en réseau hexagonal avec des diamètres de pores de 1,5 à 10 nm et de grandes surfaces spécifiques de l'ordre de 1000 m2.g-1, ont pu être synthétisées. Elles possèdent des propriétés uniques, notamment une grande surface spécifique et une distribution étroite de taille de pores. Elles peuvent être facilement fonctionnalisées et sont biocompatibles, ce qui en font des candidates idéales pour des applications biologiques. Ainsi, des MSN ont été utilisées pour le marquage cellulaire, en encapsulant dans leurs pores des fluorophores mono ou biphotoniques. Elles trouvent également des utilisations en transfection génétique ou comme agents de contraste en IRM. Enfin, les systèmes de délivrance contrôlée de médicaments en sont une des applications les plus prometteuses pour l'amélioration de la santé humaine.
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For the last decade, Mesoporous Silica Nanoparticles (MSN) have been synthesized. These particles have a diameter of 60-300nm and possess a mesoporous hexagonally structured network with a 1.5 to 10nm pore diameter. They also have a specific surface area of approximately 1000 m2g-1. They show unique properties such as a large specific surface area and a narrow pore size distribution. They can be easily functionalized and are biocompatible, which makes them ideal candidates for biological applications. MSN have been used for the fluorescence labeling of biological materials, using one or two-photon dyes encapsulated in the pores of the nanoparticles. They are also used in gene transfection or as contrast agents in Magnetic Resonance Imaging (MRI). Finally, controlled drug-release systems are one of the most promising applications of MSN for the improvement of human health. New synthesis methods may even provide more functionalities to those particles.
Auteur(s)
INTRODUCTION
L'obtention de matériaux à la structuration parfaitement contrôlée et d'objets de taille nanométrique peut avoir des applications dans les domaines de l'électronique, de l'environnement, de la biologie ou de la médecine. Dans les années 90, la Mobil Corporation Materials [1] [2] a synthétisé les MCM-41, silices mésoporeuses faisant partie de la famille des tamis moléculaires. Ces silices (de formule SiO 2) possèdent une porosité organisée en réseau hexagonal avec des diamètres de pores de 1,5 à 10 nm et de grandes surfaces spécifiques, de l'ordre de 1 000 m 2g–1. Dès lors, la communauté des chimistes a particulièrement développé les synthèses de matériaux siliciés de manière à contrôler et diversifier leur structure. Ainsi, les silices de type MCM-48 possèdent un réseau cubique de mésopores [3] [4], alors que les MCM-50 présentent un réseau lamellaire [5] [6]. La fonctionnalisation [7] Nanoparticules mésoporeuses de silice (MSN) et applications biologiques[8], par des molécules organiques ou organométalliques, des polymères ou des biomolécules, a été étudiée. Les silices mésoporeuses ont trouvé de nombreuses applications dans des domaines très variés tels que la catalyse [9], la chromatographie [10], l'adsorption des ions [11], l'immobilisation d'enzymes [12], mais aussi la délivrance contrôlée de médicaments[13] [14]. Plus récemment encore, des nanoparticules, c'est-à-dire des particules d'un diamètre de l'ordre de 60 à 300 nm, ont pu être synthétisées [15]. Les nanoparticules mésoporeuses de silice ( Mesoporous Silica Nanoparticle, MSN) possèdent des propriétés uniques : une grande surface spécifique ou une distribution étroite de taille de pores, par exemple. Elles peuvent également être facilement fonctionnalisées et sont biocompatibles, ce qui en fait des candidates idéales pour des applications biologiques.
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MSN et applications biologiques
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1. Synthèse
Jean-Olivier DURAND est chargé de recherche 1re classe au CNRS-Montpellier. Laurence RAEHM est maître de conférences à l’Université Montpellier 2.
La plus ancienne méthode de synthèse de silices mésoporeuses fait intervenir le procédé sol-gel en milieu basique (figure 1), par hydrolyse polycondensation d'un précurseur de silice (le plus souvent le tétraéthoxysilane) en présence d'un tensioactif. Le tensioactif est de type cationique (CTAB) qui va structurer la formation de la silice par interactions ioniques entre les silicates chargés négativement et l'ammonium chargé positivement, avec formation d'assemblages supramoléculaires.
CTAB : bromure de cétyltriméthylammonium
La micellisation (assemblage supramoléculaire des tensioactifs) est alors directe (dispersion homogène de la phase organique en milieu aqueux). Le mécanisme de formation des MCM-41 a été étudié, il est de type coopératif [16] [17] [18] avec formation d'une phase lamellaire qui évolue en phase hexagonale (figure 2).
Le tensioactif utilisé étant de type cationique, les interactions électrostatiques avec la silice induisent une élimination difficile du tensioactif en fin de synthèse. D'autres voies de synthèse faisant appel à des agents structurants...
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Synthèse
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KRESGE (C.T.), LEONOWICZ (M.E.) , ROTH (W.J.), VARTULI (J.C.), et BECK (J.S.) - Ordered Mesoporous Molecular-Sieves Synthesized by a Liquid-Crystal Template Mechanism. - Nature, 359, p. 710-712 (1992).
-
(2) - BECK (J.S.), VARTULI (J.C.), , ROTH (W.J.), et al - A New Family of Mesoporous Molecular-Sieves Prepared with Liquid-Crystal Templates. - J. Am. Chem. Soc., 114 , p.10834- 10843 (1992).
-
(3) - HUO (Q.S.), LEON (R.) , PETROFF (P.M.), et STUCKY (G.D.) - Mesostructure design with gemini surfactants – Supercage formation in a 3-dimensional hexagonal array. - Science, 268, p. 1324-1327 (1995).
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(4) - CHEN (F.X.), HUANG (L.M.) , et LI (Q.Z.) - Synthesis of MCM-48 using mixed cationic-anionic surfactants as templates. - Chemistry of Materials, 9, p. 2685 (1997).
-
(5) - HUO (Q.S.), MARGOLESE (D.I.) , et STUCKY (G.D.) - Surfactant control of phases in the synthesis of mesoporous silica-based materials. - Chemistry of Materials, 8, p. 1147-1160 (1996).
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