Silici nanostrutturate ottenute per autoassemblaggio di silice e mesofasi di fosfolipidi
Institution:
Montpellier 2Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The aim of this work was the optimization of the synthesis of silica material templated by surfactant aggregates. Indeed, mesoporous template silica (MTS) are solids used in many fields of applied nanotechnologies such as electronics, immobilization, transport and conversion of energy. More particularly, they can be used as molecular sieves for depollution due to their easily tailored pore size. However, the formation of this type of materials often requires toxic structuring agents such as alkylammonium salts. Starting from a publication on the synthesis of spongious mesoporous materials (SMS) using a mixture of lecithin and dodecylamine in a water/ethanol medium in the presence of an organic source of silica (TEOS), we tried to optimize this synthesis process by replacing dodecylamine (cytotoxic compound) by other co-surfactants least toxic. These co-surfactants were selected among biliary salts, amino-acids and non ionics surfactants. Besides this variation of the co-surfactant in the synthesis, we also varied the amount of ethanol following a triphasic diagram lipid/water/ethanol from the literature. Indeed, the amount of ethanol plays a fundamental role in the structuration of the solid by modifying the interactions between the surfactant and the medium. All synthesized solids were submitted to structural characterization by X-rays diffraction, textural characterization by adsorption/desorption of nitrogen at 77 K and morphological characterization by transmission and scanning electron microscopy. Final compositions of the solids were determined by thermogravimetry. The kinetics of formation of these solids were followed by electronic paramagnetic resonance (EPR) in order to understand the mechanism of self-assembly of the amphiphilic molecules with silica species. The results obtained allowed us to conclude that the fundamental parameter for the formation of an SMS type solid is the amount of ethanol in the medium and not the co-surfactant. This conclusion allows us to propose an original synthesis of structured silica material from a single and natural surfactant: the egg yolk lecithin. The broad range of initial compositions for the synthesis of SMS allowed us to immobilize hemoglobin for biocatalytic applications directly during the synthesis process. Some of the obtained materials showed a remarkable activity for the degradation of harmful compounds like polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH).
Abstract FR:
L'objectif de ce travail a consisté en l'optimisation d'un procédé de synthèse de matériaux siliciques structurés par des agrégats de tensioactifs. En effet, les matériaux aux tensioactifs structurants (MTS) sont des solides utilisés dans de nombreux domaines de nanotechnologies appliquées tels que l'électronique, l'immobilisation, le transport et la transformation d'énergie. Plus particulièrement, ils peuvent être utilisés en tant que tamis moléculaires pour l'assainissement de l'environnement grâce à leur taille de pore contrôlable. Cependant, ce type de matériaux nécessite des agents structurants toxiques tels que des sels d'alkylammonium. A partir d'une publication sur la synthèse de matériaux mésoporeux spongieux (SMS) utilisant un mélange de lécithine et de dodécylamine dans un milieu eau/éthanol en présence d'une source organique de silice (TEOS), nous avons cherché à optimiser ce procédé de synthèse en remplaçant la dodécylamine (produit cytotoxique) par d'autres co-tensioactifs moins toxiques. Ces co-tensioactifs ont été choisis parmi des sels biliaires, des acides aminés et des tensioactifs non ioniques. Parallèlement à cette variation de co-tensioactifs dans les synthèses, nous avons également varié la quantité d'éthanol en suivant la logique d'un diagramme triphasique lipide/eau/éthanol issu de la littérature. En effet, la quantité d'éthanol joue un rôle fondamental dans la structuration du solide en modifiant les interactions entre le tensioactif et le milieu. Tous les solides synthétisés ont été soumis à une caractérisation structurale par diffraction des rayons X, texturale par adsorption/désorption d'azote à 77 K et morphologique par microscopie électronique à balayage et à transmission. Les compositions finales des solides ont été déterminées par thermogravimétrie. Enfin, la cinétique de formation de ces solides a été suivie par résonance paramagnétique électronique (RPE) pour comprendre leur mécanisme de formation. Les résultats obtenus nous permettent de conclure que le paramètre fondamental pour la formation d'un solide de type SMS est la quantité d'éthanol présente dans le milieu plutôt que le co-tensioactif. Cette conclusion nous permet de proposer une synthèse originale de matériaux siliciques structurés à partir d'un tensioactif unique et naturel : la lécithine d'œuf. Le large domaine de composition initiale pour la synthèse de SMS nous a permis d'immobiliser de l'hémoglobine directement lors du procédé de synthèse pour des applications biocatalytiques. Certains des matériaux obtenus ont démontré une activité remarquable pour la dégradation de polluants : les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP).