Nanocapsules et micelles

 

    Dans la nano-alimentation, les micelles tout comme les nano-capsules permettent d'enfermer un principe actif (vitamines, conservateurs,...) de manière à le libérer en temps voulu.

 

 

LES MICELLES (de 1 a 300 nm):

   Les micelles sont des agrégats de tensioactifs. En effet, à partir d’une certaine concentration, appelée concentration micellaire critique (cmc), la surface du liquide devient saturée de molécules tensioactives, donc celles–ci se regroupent entre elles dans le liquide en formant des structures sphériques: les micelles. 
Ces tensioactifs sont des molécules amphiphiles, c'est-à-dire qu'elles possèdent une tête polaire hydrophile, qui est donc dirigé vers le solvant (l'eau), et une chaine hydrophobe (la chaine carbonée) dirigée vers l'intérieur. Ils servent à stabiliser l'émulsion2 entre les deux phases.

                                   Schéma d'un tension actif


    Ainsi, ces molécules permettent d'encapsuler une phase huileuse (hydrophobe) dans la tête polaire hydrophile.

        Schéma d'une micelle directe

 

    Dans le cas des micelles inversées, le principe reste le même excepté que le solvant est une matière organique: la partie hydrophobe sera dirigée vers l'extérieur, enfermant  l'eau à l'intérieur.

        Schéma d'une micelle inverse


Applications au quotidien:
- Les lessives: micelles inersées: les salissures restent en suspension dans l'eau,
- La vinaigrette: le mélange d'huile (liquide organique, hydrophobe) et de vinaigre (liquide aqueux, lipophobe) est stabilisé par la moutarde (une molécules organique amphiphile naturelle) qui assure donc l'émulsion,
- Traitement primaire de l'eau dans les stations d'épurations par floculation,

 

                                     Schéma du fonctionnement du savon grâce aux micelles

 

 

Les nanocapsules (de 100 a 200 nm):

    Les nanocapsules sont des systèmes vésiculaire3 de type réservoir, c'est à dire qu'une fine couche de polymère1 généralement biodégradable enferme un compartiment huileux ou aqueux qui contient le principe actif.
    La taille de ces vésicules autorise leur utilisation comme vecteurs de médicaments administrables par voie intraveineuse,  mais elles ont beaucoup d'autres d'utilisations (le traitement des surfaces, l'agroalimentaire, la cosmétologie,....). Ces particules sont très utilisées du fait du procédé de fabriquation simple, du peu d'énergie requis et de la possibilité de faire appel à des polymères bien connus, déjà largement utilisés et maitrisés (exemple: certains polyesters biodégradables - acide polyglycolique, acide polylactique, copolymères glycolique-lactique...). De plus, on peut controler par irradiation la libération du principe actif dans le temps grâce à des contraintes externe (pH, température,...) ou par diffusion au travers de la membrane de polymère

    Des nanocapsules observées au microscope

 

Il existe plusieurs méthodes de fabrication des nanocapsules, dont: le salting out (relargage), la nanoprécipitation (déplacement de solvant) ou l'émulsion-diffusion de solvant.
La plus simple est peut-être celle par nanoprécipitation, décrite par les schémas suivant:

            Schéma du protocole de création de nanocapsules par nanoprécipitation

                    Schéma de la création de nanocapsules par nanoprécipitation

 

 

    On notera que dans le deuxième schèma, on peut visualiser la création du polymère grâce à deux monomère A et B. Ici, l'utilisation de tensioactifs permet d'éviter la coalescence de l'eau et de l'huile durant la migration des monomères et assure la stabilité de la solution.
    L'un des principaux avantages de cette méthode est la faible quantité de tensioactifs utilisés (parfois nulle) ainsi que sa simplicité et sa rapidité. Cependant, le choix des matériaux utilisés joue énormément sur la capacité d'encapsulation et cela peut s'avérer délicat.
 

    Voici un aperçu des divers moyens de libération du contenu de la capsule :


    • Libération lente: la capsule libère sa charge lentement sur une période prolongée 

    • Libération instantanée: la coquille de la capsule éclate au contact d’une surface (au contact du pesticide sur une plante, par exemple)

    • Libération spécifique: la coquille est conçue pour éclater quand un récepteur moléculaire se lie à un produit chimique donné (par exemple, au contact d’une tumeur ou d’une protéine donnée dans l’organisme)

    • Libération par contact humide : la coquille éclate et libère sa charge au contact de l’eau (par exemple, dans le sol)

    • Libération par la chaleur : la coquille libère les ingrédients seulement quand le milieu atteint une température donnée    

    • Libération par le pH: la nanocapsule s’ouvre seulement dans un milieu acide ou alcalin précis (par exemple, dans l’estomac)  

    • Libération par ultrason la capsule se rompt en présence d’une fréquence d’ultrason externe

    • Libération magnétique: une particule magnétique dans la capsule fait éclater la coquille quand on l’expose à un champ magnétique

    • Nanocapsule à ADN: la capsule introduit un brin court d’ADN étranger dans une cellule vivante; une fois libéré, celui-ci pirate le mécanisme de la cellule qui exprime une protéine donnée (utilisé dans les vaccins à ADN)

 

1: polymère : Molécule avec une longue chaine carbonée fabriquée a partir d'une ou plusieurs petite molécule (monomère)

2: émulsion : Suspension de particules très fines d'un liquide dans un autre

3: système vésiculaire: particule creuse en forme de sac. Si ce système était plein, on parlerait de système matriciel et de nano ou microsphère