Expériences
Dans cette partie nous allons réaliser deux expériences dont le principe est de fabriquer une émulsion.
Une émulsion est un mélange généralement hétérogène constitué de deux phases, une phase aqueuse (hydrophile) et une phase grasse (lipophile). Ces deux liquides sont donc non miscibles et l'un forme des gouttelettes en suspension dans l'autre grâce à l'action d'un émulsifiant.
EXPERIENCE 1 :
Matériels :
- de l’eau
- de l’huile
- du jaune d’œuf (émulsifiant)
- un tube à essai
- un agitateur
EXPERIENCE 2 :
Nous avons décidé de réaliser cette seconde expérience en utilisant un nouvel émulsifiant. En effet, nous avons utilisé du jaune d’œuf dans la première expérience en espérant que la lécithine contenue dans celui-ci nous permettrait d’obtenir un résultat correct, mais la consistance, l’épaisseur et la couleur nous empêchait de bien observer les « gouttelettes » qui étaient tout de même présente. Nous avons donc remplacé le jaune d’œuf par de la lécithine de soja.
Matériels :
- de l’eau
- de l’huile
- de la lécithine de soja granulée (émulsifiant)
- un tube à essai
- un agitateur
RESULTATS DES DEUX EXPERIENCES :
Nous avons obtenues des émulsions au terme des deux différentes expériences réalisées. Pourtant une légère différence a été observée dans les résultats. Ainsi les « gouttelettes » étaient plus visibles à la fin de la seconde expérience que lors de la première. Cela peut être directement dû à l’émulsifiant utilisé (différence de consistance… etc.) ou alors à la quantité utilisé. De plus, à la fin des expériences deux phases sont encore visibles et l’émulsion est partiellement observable. En effet, la quantité d’émulsifiant n’a pas été suffisante (sur les vidéos). Mais nous avons constaté que si on rajoutait de l’émulsifiant tout en continuant de mélanger la solution, celle-ci commençait à devenir opaque. Ce résultat peut sans doute s’expliquer grâce aux particules de la dispersion qui deviennent de plus en plus petites, pour atteindre la taille nanométrique (environ 300-800 nm).
EXPLICATIONS DES RESULTATS :
Pour bien comprendre les résultats obtenus, il nous faut savoir de quoi sont constitués l’eau, l’huile et surtout les émulsifiants.
La molécule d’eau (formule brute : H2O) :
Elle est formée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène. Entre deux molécules d’eau il peut se former une liaison hydrogène. Cette liaison se forme car l’atome d’hydrogène intervenant est relié à un atome d’oxygène. Plus généralement toutes les molécules qui possèdent un groupement -OH pourront former des liaisons hydrogène avec des molécules d’eau. C’est grâce à ces liaisons hydrogène que les autres molécules peuvent se fixer aux molécules d’eau et ainsi former un mélange homogène.
Molécule d'eau (H2O)
Liaisons hydrogène (en pointillés rouges) entre les molécules d'eau.
La molécule d’huile :
L’huile est un corps gras (lipide). Sa molécule est essentiellement constituée d’atomes de carbone et d’hydrogène. C’est un triglycéride. Il a donc la forme d’un peigne à trois dents. L’eau et l’huile ne sont pas miscibles car la molécule d’huile ne possède pas de groupement –OH. Elle ne pourra donc pas former des liaisons hydrogène avec l’eau.
L'émulsifiant :
Un émulsifiant est formé de molécules tensioactives. Ces molécules sont dites amphiphiles (ou amphipathiques), c'est à dire qu'elles sont composées de deux parties de caractéristiques différentes : une extrémité qui a une affinité pour l'eau (hydrophile), et l’autre qui a une affinité pour les matières grasses (lipophile).
Molécule tensioactive
Lorsque l’on incorpore l’émulsifiant, et donc les molécules tensioactives dans une solution composée d’une phase aqueuse et d’une phase huileuse celles-ci vont se regrouper pour former des sphères appelées micelles qui enrobent les gouttelettes d’huile. Les extrémités hydrophiles seront situées à la surface des sphères alors que les extrémités lipophiles seront placées à l’intérieur des sphères, au contact de l’huile.
Micelle dans une solution aqueuse
Le lien entre nos expériences et le sujet de nos TPE :
On peut effectivement se demander quel est le lien entre les émulsions et les nanotechnologies dans le domaine médical.
C’est pourtant simple, l’expérience que nous avons réalisé correspond exactement à ce que font les chercheurs en laboratoire avec les nanoparticules lipidiques (ou LNP). En effet, les fabrications des nanocapsules à cœur lipidique liquide qui sont des LNP (voir la partie « les vecteurs de médicaments ») peuvent utiliser le procédé d’émulsion. Cependant, ils utilisent généralement du polyéthylène glycol (PEG) comme émulsifiant contrairement à nous. Effectivement, après avoir fait quelque recherche sur ce polymère, nous avons constaté qu’il était assez délicat à trouver du fait de sa dangerosité. Nous avons donc préféré utiliser des émulsifiants plus naturels (du jaune d'oeuf et de la lécithine de soja) mais sans doute moins efficaces pour notre expérience.
De plus, les chercheurs « emprisonnent » le principe actif à l’intérieur des gouttelettes créées grâce aux émulsions, ce que nous avons expérimenté avec de l'huile essentielle.
La taille des particules de la dispersion varient également. En laboratoire, elles atteignent la taille du nano assez facilement. Les nôtres étaient légèrement plus grosses même si après ajout d’émulsifiant, lorsque la solution devient opaque, les particules sont de tailles nanométriques.
Fabrication de nanocapsules grâce au principe d'émulsion
En fait, ces expériences sont symboliques. Les scientifiques ont du matériel beaucoup plus sophisitiqué, mais à notre échelle nous avons pu réaliser cette expérience qui symbolise cette encapsulation des nanoparticules.
