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C) Microencapsulation

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Qu’est ce que la microencapsulation ?

D’après le dictionnaire, la microencapsulation est une technique qui consiste à emprisonner dans une membrane de très petites particules d’un principe actif, pour l’immobiliser, la protéger ou en permettre la libération contrôlée.

 

 

 

Comment choisir la microparticule ?

Les microparticules sont les particules formées d’une membrane de polymères qui contiennent des principes actifs dont la taille varie entre 1 μm et 1 mm. Ces particules ont aussi plusieurs morphologies :

 Pourquoi

 

  1. la microcapsule :  est un réservoir qui contient des substances liquides ou solides, entourées d’une membrane solide.  
  2. la microsphère : est un système matriciel dans lequel se trouvent dispersées des substances actives sous forme de molécules, de fines particules solides ou de gouttelettes de solution.

Types

 

Le type de microparticules dépendra en partie de l’utilisation désirée. La principale différence est basée sur la durée de libération du principe actif, ce qui déterminera le choix entre la microcapsule et la microsphère.

 

Profil

 

Nous remarquons grâce à ce graphique que l’évolution de libération du principe actif microencapsulé varie entre la microcapsule (ici la courbe A) et la microsphère (ici la courbe E). En effet la courbe A augmente fortement et rapidement puis stagne une fois arrivé à 100% de libération du principe actif, tandis que la courbe E augmente majoritairement progressivement dans le temps. Le choix dépendra donc de l’effet escompté.

Les différentes possibilités de microencapsulation

La microencapsulation peut être réalisée de différentes manières, nous allons étudier les plus courantes.

  1. La polycondensation interfaciale

La polycondensation interfaciale est un procédé chimique qui repose sur la présence de deux monomères réactifs solubles contenus chacun dans une des deux phases de l’émulsion. La réaction de polymérisation se déroule alors à l'interface des deux phases créant ainsi la paroi d’une capsule.

 

Polym

 

Le polymère synthétisé peut être le nylon 66. La réaction de synthèse est extrêmement simple. Il s’agit de la réaction entre un chlorure d’acide et une amine.

Nous pouvons prendre l’exemple d'une enzyme qui sera encapsulée par polymérisation interfaciale. On commence avec une émulsion Eau/Huile dans laquelle un des monomères choisi est soluble dans la phase aqueuse et très peu soluble dans la phase organique et l’autre monomère choisi est soluble dans la phase organique et très peu soluble dans la phase aqueuse. La polymérisation se déroulera alors à l’interface de l'eau et de l’huile.

Enzyme

 

 

Cette technique de microencapsulation sera utilisée pour encapsuler une substance dans une microcapsule.

  2.      La coacervation 

La coacervation : est un principe physico-chimique qui implique la diminution de solubilité d'un polymère dans un solvant par l'addition de quantités importantes de différents composés comme de l'alcool, un autre polymère plus soluble. Les molécules du polymère se désolvatent et coalescent puis forment des gouttelettes, appelées gouttelettes de coacervat.

Si cette coacervation se fait dans un milieu à deux phases, les gouttelettes de coacervat se regroupent alors à l'interface des deux phases et forment une membrane.

On distingue deux types de coacervation :

  • La coacervation simple, est déclenchée par l'addition d'un alcool ou de sulfate de sodium
  • la coacervation complexe : le polymère présent dans la phase continue est un polymère qui possède une charge. La coacervation est alors déclenchée par l'ajout d'un polymère, ayant une charge opposée à celle du premier, pour modifier la solubilité du premier polymère.

Les polymères généralement utilisés pour cette réaction sont le chitosane (chargé positivement), la gélatine (chargée positivement), la gomme arabique (chargée négativement) ou encore le polyphosphate (chargé négativement).

 3.    Par évaporation du solvant  

Un  polymère destiné à constituer la membrane de la capsule est solubilisé dans un solvant organique volatile ainsi qu'une solution aqueuse comportant la substance à encapsuler et un surfactant est ensuite utilisé pour créer une émulsion eau/huile en le mélangeant avec le solvant organique contenant le polymère.

A cela, on ajoute une seconde solution aqueuse contenant un surfactant. On obtient une émulsion eau/huile/eau. Par évaporation du solvant organique sous pression réduite, on provoque la précipitation du polymère à l'interface entre les deux phases aqueuses.

 

Encapsulation

 

Nous avons parlé précédement des polymères qui constituent la membrane. Ces polymères peuvent être de plusieurs origines :

  • d'origine naturelle, il existe la gélatine ou bien l'amidon
  • cellulosique, par exemple l'ethylcellulose
  • ou synthétique comme les polymères d’acide lactique et glycolique

Le choix du polymère qui constituera la membrane sera fait en fonction des besoins puisque cela influera sur la perméabilité de la membrane et donc la libération plus ou moins rapide de la substance à encapsuler ainsi que sur la taille et la dégradation de la microparticule créée. Enfin, elle peut aussi influer sur sa résistance à la température.  

 La fixation des microcapsules :

La question que l'on pourrait se poser après avoir vu les microcapsules est : "comment sont-elles fixées aux textiles ?"

Il existe des techniques variées :

  • L'épuisement : c'est l'immersion des textiles dans un bain contenant les microcapsules ainsi qu'un liant, qui permettra d'accrocher les capsules et de les rendre durables à l'utilisation (résistance au lavage). Des tensioactifs et des additifs sont rajoutés à ce bain. Les microcapsules contenues dans le bain passent à l'interface entre le textile et l'eau par variation de pH, ou de température. Par cette technique, les microcapsules ensuite attachées au textile seront bien réparties.
  • L'enduction : on applique une pâte sur le textile contenant les microcapsules, un liant et des tensioactifs ainsi que des additifs.

Il existe aussi d'autres techniques pour fixer les microcapsules, telles que le foulardage, la pulvérisation ou la sérigraphie.

 

Quels sont les domaines d'applications ?

La microencapsulation est utilisée dans les domaines :

  • de la médecine, pour microencapsuler des médicaments,
  • des cosmétiques, ces cosmétotextiles sont utilisés pour libérer des actifs amincissants, parfumés ou encore rafraîchissants,  
  • de l'agriculture, des agrotextiles sont crées pour accélérer et simplifier la plantation des plantes. Ces agrotextiles sont disposés sous terre et lorsque la plante s'est suffisamment développée, l'agrotextile se décompose dans le sol, 
  • de l'agroalimentaire, pour masquer le goût des aliments, protéger les arômes,
  • de la signalisation, des pigments photochromes ou photo luminescents sont encapsulés et incorporés dans des peintures.

 

Quels sont les avantages et les inconvénients ?

  • Les avantages : la microencapsulation permet la protection de la substance encapsulée vis-à-vis d'autres molécules ou de l'environnement extérieur tel que la lumière ou la chaleur. Elle permet aussi une manipulation plus facile de la substance (imaginons que celle-ci est une poudre par exemple). Dans l'agroalimentaire, les microcapsules peuvent masquer le goût ou au contraire le rendre plus fort. Enfin, ses effets sont retardés, ce qui entraîne soit une libération contrôlée de la substance, soit une libération retardée. Certes, certaines membranes de polymère sont plus ou moins perméables, durables ou résistantes à ces facteurs environnementaux mais c'est pour cela qu'il faut adapter la microparticule aux effets escomptés. Dans le domaine du sport, la microencapsulation permet de créer des matériaux à changement d'état. Les matériaux à changement d'état absorbent et libèrent de la chaleur en réponse aux changements de température de l'environnement. Lorsque les températures augmentent, le matériau à changement d'état fond, en absorbant l'excès de chaleur. Inversement, lorsque les températures chutent, les matériaux à changement d'état dégagent de la chaleur alors qu'ils se solidifient. Cette propriété des matériaux micro-encapsulés à changement d'état peut être mise à profit pour augmenter le niveau de confort des utilisateurs de vêtements et équipements sportifs.
  • les inconvénients : les substances, ainsi que les résidus de monomères, peuvent être toxiques. Cette toxicité contenue dans les substances peut impacter l'environnement. De plus, leur résistance au lavage n'est pas infinie. Cela peut donc être considéré comme un inconvénient puisqu'il diminue la "durée de vie" du textile. Enfin le problème essentiel est le coût important investi dans la recherche et dans le matériel perfectionné nécessaire pour effectuer une microencapsulation.

 

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Nous voulions réaliser une microencapsulation en laboratoire mais par manque de matériel, nous n'avons pas pu la réaliser.

 

 

 

 

 

 

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