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Les nanotechnologies dopent les émulsions

Par publié le à 00h00

Le passage aux émulsions nanométriques améliore les performances de produits pharmaceutiques, agroalimentaires, cosmétiques...

Une émulsion est constituée de gouttelettes d'un liquide A dans un liquide B (A et B étant non miscibles). Une nanoémulsion se distingue par la finesse de ses gouttelettes, dont le diamètre est de quelques dizaines ou centaines de nanomètres. Le changement d'échelle peut améliorer fortement les performances de ces formulations dont bénéficieront l'agroalimentaire, la pharmacie, les cosmétiques, les peintures ou les encres.

Par exemple, dans l'industrie pharmaceutique ou les cosmétiques, des émulsions "classiques" sont déjà utilisées pour transporter dans leurs gouttelettes une molécule là où elle doit agir. Avec les nanoémulsions, la réduction de taille des gouttes augmente l'efficacité du traitement par une meilleure diffusion du principe actif. Il est en outre possible de véhiculer de grandes quantités de molécules non-solubles dans l'eau, en les incorporant dans des nanogouttelettes d'huile. Par ailleurs, cette diminution de taille améliore la stabilité - au sens cinétique du terme - de l'émulsion, affranchissant ainsi de l'utilisation d'additifs stabilisants.

La technique d'inversion de phase

La maîtrise de la dimension des gouttelettes est donc primordiale pour bénéficier des atouts des nanoémulsions. Pour y parvenir, certains utilisent la technique d'émulsification membranaire : le principe consiste à exploiter les pores d'une membrane afin d'obtenir des nanogouttelettes de taille calibrée. C'est la base de la méthode présentée par la société Emulsar (voir encadré) lors du congrès mondial de l'émulsion, début octobre à Lyon (voir aussi page 36). La start-up conçoit des machines capables de produire des nanoémulsions fines homogènes et stables avec peu d'additifs et à moindre coût énergétique, pour l'agroalimentaire, les cosmétiques et les encres.

D'autres procédés de production de nanoémulsions sont surtout intéressants par leur faible consommation d'énergie. Entre dans cette catégorie la technique dite d'inversion de phase, selon laquelle une émulsion d'un liquide A dans B se transforme en une émulsion de B dans A. Cette approche est, par exemple, exploitée chez les italiens d'Eni Tecnologie pour l'élaboration de nanoémulsions "eau dans huile" pour les cosmétiques, la pharmacie et la chimie.

À l'université de Loughborough (Grande-Bretagne), Brian W. Brooks développe l'émulsification par inversion de phase dans le domaine des revêtements polymères. Son équipe prépare ainsi des nanoémulsions polymérisables dont la taille des gouttelettes est de 500 nm en moyenne. En Espagne, des chercheurs de l'Institut de recherche sur la chimie et l'environnement (IIQAB, à Barcelone) étudient la méthode de température d'inversion de phase. Cette technique est basée sur les changements de solubilité de tensioactifs non ioniques dus à la température. Dans leur cas, les scientifiques espagnols obtiennent une inversion de phase à seulement 25 °C.

La libération contrôlée de principes actifs

Une autre tendance est la préparation de nanoémulsions extrêmement fines pour bénéficier davantage des atouts liés au changement d'échelle. Ainsi, à l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA), Thomas G. Mason parvient à obtenir des nanogouttelettes d'une dizaine de nanomètres de diamètre seulement. « Notre technique de production à haut débit est basée sur le cisaillement répété d'une émulsion d'huile de silicone dans l'eau dans un dispositif microfluidique à haute pression », précise le chercheur.

Côté applications, la pharmacie s'intéresse fortement au potentiel des nanoémulsions. En particulier pour le transport et la libération de principes actifs. C'est précisément le créneau de la société Novagali Pharma qui développe de telles formulations pour l'ophtalmologie (voir encadré).

À l'École nationale supérieure des industries chimiques, (à Nancy, Meurthe-et-Moselle), Alain Durand et son équipe du laboratoire de chimie physique macromoléculaire étudient des nanoparticules pour la libération contrôlée de médicaments. « Nous travaillons sur la polymérisation en émulsion en présence de tensioactifs biocompatibles pour élaborer des nanoparticules polymères d'environ 200 nm de diamètre et aux propriétés de surface contrôlées », explique le chercheur. Ces tensioactifs sont préparés par modification chimique du dextrane, polysaccharide d'origine bactérienne. Leur structure chimique peut être ajustée pour stabiliser les émulsions vis-à-vis de la coalescence (fusionnement des gouttelettes).

Le Laboratoire d'automatique et génie des procédés de l'École de chimie, physique électronique (CPE, à Lyon, Rhône) s'intéresse aussi à la stabilisation des nanoémulsions pour les applications pharmaceutiques. Comme alternative à l'utilisation de tensioactifs classiques, Yves Chevalier et ses collègues utilisent des copolymères à blocs hydrophiles et hydrophobes qui présentent une adsorption plus forte et assurent une stabilité accrue sur le long terme. Les chercheurs préparent ainsi des suspensions aqueuses de nanoparticules de polycaprolactone (polymère biocompatible et biodégradable) pour l'encapsulation et le transport de substances actives hydrophobes.

LES ATOUTS DES NANOÉMULSIONS

- La taille nanométrique des gouttelettes (de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres) améliore la stabilité cinétique de l'émulsion. - La diffusion des principes actifs, et donc l'efficacité du produit, est améliorée. - Les nanoémulsions "huile dans eau" permettent de transporter des molécules non solubles dans l'eau.

CHEZ NOVAGALI DES NANOÉMULSIONS CONTRE LES MALADIES DE L'OEIL

- La société Novagali Pharma (créée en 2000 à Évry, Essonne) est spécialisée dans le développement de médicaments en ophtalmologie basés sur des nanoémulsions cationiques. Pour traiter le glaucome Le principe de sa technologie propriétaire Novasorb : des nanogouttes d'huile contenant une substance active lipophile sont chargées positivement grâce à un tensioactif adéquat. La répulsion des gouttes entre elles est assurée ainsi que la stabilité de l'émulsion. Ce principe permet en outre une attraction électrostatique des gouttes vers la membrane biologique - chargée négativement - des cellules de l'oeil. Novagali développe ainsi des nanoémulsions délivrant des principes actifs dans différents segments de l'oeil, de sa surface jusqu'à la rétine. Des tests cliniques sont en cours pour des formulations contenant de la cyclosporine pour le traitement de l'oeil sec. L'entreprise développe aussi son approche contre le glaucome, c'est-à-dire la perte graduelle de la vision périphérique. D'autres nanoémulsions cationiques sont conçues pour le traitement de la dégénérescence maculaire liée à l'âge. Ces formulations associant un corticoïde sont dirigées contre le facteur de croissance de l'endothélium vasculaire (VEGF) afin de diminuer la néovascularisation.

CHEZ EMULSAR LES MEMBRANES PRODUISENT DES NANOGOUTTES CALIBRÉES

- Créé en 2004 par Christophe Arnaud, ingénieur de l'École centrale Paris, Emulsar propose une machine destinée à la production d'émulsions très fines, dont la taille des gouttes est de l'ordre de la centaine de nanomètres. Démarrage industriel pour fin 2007 Le principe breveté combine une émulsification par une membrane et l'utilisation d'un système mécanique pour produire des nanoémulsions à taille de gouttes contrôlée. « Nous avons réussi à résoudre le principal problème de l'émulsification membranaire, à savoir la coalescence à la surface de la membrane, assure Christophe Arnaud. Avec notre système, la taille moyenne des gouttes est proche de la dimension des pores de la membrane. » L'ingénieur-entrepreneur a d'abord conçu des machines capables de produire une dizaine de litres et met au point des produits innovants pour les cosmétiques, l'agroalimentaire ou les encres. L'entreprise compte maintenant commercialiser des modules atteignant 300 l/h, pouvant être montés en parallèle pour des productions plus importantes. « Nos machines se destinent à la production d'émulsions très fines et homogènes, dont la concentration est inférieure à 30 %, reprend Christophe Arnaud. Les premiers démarrages industriels sont prévus d'ici à fin 2007. »

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