Mesure précise du poids moléculaire, la taille et la densité d'une nanoparticule en une seule procédure est désormais possible, grâce à une méthode d'ultracentrifugation, dépoussiéré par des scientifiques suisses à l'EPFL.
Bien que les nanoparticules soient utilisées dans une variété de domaines - tels que la médecine, l'énergie solaire et la photonique – il y a encore beaucoup à découvrir à leur sujet. L'établissement de leur caractérisation complète, y compris la masse, taille et densité, reste un exercice extrêmement complexe, et cela agit comme un frein à la recherche dans le domaine. Cependant, ce manque de connaissances sera bientôt comblé, grâce au travail réalisé par le professeur Constellium Francesco Stellacci et son assistant doctorant Randy Carney, du Laboratoire Nanomatériaux Supramoléculaires et Interfaces (SUNMIL). Dans un article récent de Communication Nature , ils démontrent qu'il est possible d'obtenir la caractérisation complète d'une nanoparticule cœur-écorce (le cœur et la coquille externe) en utilisant une méthode très simple – l'ultracentrifugation analytique. Cette procédure centenaire a déjà été utilisée, en particulier, étudier la taille et la masse des protéines. C'est en appliquant la méthode à leur domaine de recherche que les scientifiques de l'EPFL ont réalisé les bénéfices qui pouvaient être retirés de son utilisation.
Le noyau et la coque
Jusque là, l'analyse de tous les paramètres qui caractérisent le cœur, ainsi que celles qui caractérisent l'enveloppe de la nanoparticule en une seule opération est restée un véritable défi. Les nanoparticules sont en effet polydisperses, ce qui signifie que, dans un échantillon, chacun d'eux a des caractéristiques différentes (taille, Masse, poids etc). « Actuellement, les scientifiques disposent de techniques fiables pour caractériser le cœur des nanoparticules. Mais cela nécessite cinq ou six procédures très complexes pour obtenir une caractérisation complète », ajoute Randy Carney. « En examinant l'ultracentrifugation analytique, nous avons découvert une méthode qui nous permet, en un seul processus, pour obtenir tous les paramètres requis en quelques heures.
Comment ça marche?
Techniquement parlant, le concept est le suivant :d'abord, il faut diluer les nanoparticules dans une solution, puis mettre la solution dans une ultracentrifugeuse analytique, équipé d'un système de détection optique qui analyse leur comportement. C'est alors possible, à l'aide d'un procédé informatique, pour déterminer ce qu'on appelle le coefficient de sédimentation. « Quand on les fait tourner à grande vitesse, les nanoparticules se séparent du liquide à des moments différents, selon leur densité, », explique Randy Carney. Les plus grosses particules sont ainsi séparées plus rapidement du liquide. Cette observation donne une indication du poids de la particule, ainsi que son diamètre. » En parallèle, les scientifiques se concentrent sur une autre indication - généralement ignorée par la plupart des études - qui s'appelle le coefficient de diffusion des particules, qui se rapporte à la façon dont ils se propagent dans le liquide. « Ce phénomène, que l'on peut comparer à une goutte d'encre dans l'eau, se produit même lorsque le solvant est immobile.
Utilisations dans l'industrie
Lorsqu'ils sont utilisés ensemble, le coefficient de sédimentation et le coefficient de diffusion permettent alors d'obtenir une caractérisation très précise à la fois du coeur et de l'enveloppe des nanoparticules :c'est-à-dire leur taille, poids, forme et composition. C'est une information très importante, quand on considère que les propriétés des nanoparticules (chimiques, électronique, magnétique, etc.) dépendent de tous ces paramètres.
Pour le moment, cette méthode ne fonctionne qu'avec des nanoparticules sphériques. Cependant, il devrait toujours intéresser les chercheurs actifs dans les nanotechnologies, qui peut aussi l'utiliser pour d'autres nanoparticules, avec quelques analyses complémentaires. « L'industrie et les applications biologiques ont également besoin d'une méthode de caractérisation des nanoparticules. Cette méthode pourrait être très utile », conclut le professeur Stellacci.
