WO2004061457A1 - Materiau hybride organique-inorganique, procede pour sa preparation - Google Patents

Materiau hybride organique-inorganique, procede pour sa preparation Download PDF

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WO2004061457A1
WO2004061457A1 PCT/FR2003/003464 FR0303464W WO2004061457A1 WO 2004061457 A1 WO2004061457 A1 WO 2004061457A1 FR 0303464 W FR0303464 W FR 0303464W WO 2004061457 A1 WO2004061457 A1 WO 2004061457A1
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hydroxylated
amphiphilic
hybrid material
compound
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PCT/FR2003/003464
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Inventor
Rénal BACKOV
Chrystel Faure
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique
Universite Des Sciences Et Technologies (Bordeaux 1)
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Publication date
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G7/00—Compounds of gold

Definitions

  • Gold nanoparticles found their first applications in chemistry as a catalyst for hydrogenation or oxidation type reactions, then in optics and electronics. They have also been used as signal amplifiers in surface analysis techniques such as Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), Surface Plasmon Resonance (SPR), or surface microscopy. atomic force. For all these applications, the nanoparticles are fixed to a solid support. More recently, various biological applications of these gold nanoparticles have been envisaged. In almost all biological applications, gold nanoparticles are functionalized by surface grafting of a biomolecule (lipids, peptides, RNA, oligonucleotides).
  • SERS Surface-Enhanced Raman Spectroscopy
  • SPR Surface Plasmon Resonance
  • atomic force For all these applications, the nanoparticles are fixed to a solid support. More recently, various biological applications of these gold nanoparticles have been envisaged. In almost all biological applications, gold nanoparticles are functionalized by surface grafting of a biomolecule
  • the preparation of gold nanoparticles within unilamellar lipid vesicles has been tested.
  • the unilamellar vesicles are liposomes, which have a single lipid bilayer and whose size generally does not exceed 200 nm.
  • MA Markowitz, et al [(1999) Journal of Colloid and interface science 210, 73-85] describe the preparation of unilamellar vesicles containing gold nanoparticles, by a process requiring the use of a catalyst, for example Pd 2+ ions, or the addition of a reducing agent such as sodium hydrophosphite.
  • T. Sato, et al, [(1997) J. Mater. Chem. 7, 1837-1840] describe the preparation of unilamellar vesicles containing gold nanoparticles, by a process requiring photolysis to catalyze the reaction.
  • an active molecule drug, perfume, protein or any other type of molecule
  • an active molecule drug, perfume, protein or any other type of molecule
  • the onions obtained are dispersed in an excess of water
  • a suspension of encapsulated molecules is obtained .
  • Reactions can be carried out using the vesicles as microreactors, for example the reduction of Cu (II) ions to Cu (I) oxide using hydrazine which is a strong reducing agent [F. Gauffre, et al, (1999) Langmuir 15, 3738-3747].
  • the inventors have now found it possible to produce gold nanoparticles within vesicles' multilamellar from a precursor of gold without the use of external agent.
  • the present invention relates to a process for the preparation of a hybrid material consisting of organic vesicles and gold nanoparticles, as well as the hybrid material obtained.
  • the organic-inorganic hybrid material of the present invention consists of an organic matrix and gold nanoparticles. It is characterized in that:
  • the organic matrix is formed by multilamellar vesicles, each vesicle consisting of several bilayers which extend to the heart of the vesicle;
  • Each bilayer comprises two films consisting of one or more amphiphilic compounds carrying at least one hydroxyl group (hereinafter referred to as hydroxylated amphiphilic compounds),
  • Each film has a face corresponding to the polar heads of the hydroxylated amphiphilic compounds and a face corresponding to the hydrophobic part of said compounds;
  • the nanoparticles are distributed in the hydrophilic part of the films forming the bilayers.
  • nanoparticles particles whose size is between 1 nm and 100 nm.
  • the structure of the multilamellar vesicles forming the organic matrix of the material according to the invention, consisting of several bilayers which extend to the heart of the vesicle, is called "onion type".
  • the hydroxylated amphiphilic compound can be an ionic amphiphilic compound or a nonionic amphiphilic compound. It comprises a polar head and at least one long alkyl chain having at least 11 carbon atoms.
  • the nonionic hydroxylated amphiphilic compound can also be chosen from lipids carrying at least one hydroxyl group.
  • hydroxylated lipids mention may be made of diacylglycerols, 2-monoacyl-sn-glycerols, glycoglycerolipids, sphingolipids and sterols.
  • an ionic hydroxylated amphiphilic compound mention may be made of sulfonate alpha-olefins and hydroxylated phospholipids.
  • a phospholipid is an amphiphilic compound which has a phosphate group or an amino-phosphate group (constituting a polar head) and two alkyl chains having at least 11 carbon atoms.
  • hydroxylated phospholipids mention may be made of phosphatidylglycerols, phosphatidylinositols and phosphatidic acids.
  • the multilamellar vesicles of the hybrid material according to the invention may contain, in addition to the compound a hydroxylated phile, one or more other non-hydroxylated organic compounds of an amphiphilic nature.
  • Said additional amphiphilic compounds participate in the formation of the films constituting the bilayers of the multilamellar vesicles in the same way as the hydroxylated amphiphilic compounds: the polar heads of the additional compound and the polar heads of the hydroxylated amphiphilic compound are on the same face of a film .
  • the additional compounds can be chosen from non-hydroxylated lipids, surfactant compounds carrying an amino group or a thiol group, and amphiphilic compounds of the lipid-ligand type.
  • the non-hydroxylated lipid can be chosen in particular from non-hydroxylated phospholipids, for example phosphatidylcholines and phosphatidylethanolamines.
  • non-hydroxylated phospholipids for example phosphatidylcholines and phosphatidylethanolamines.
  • the presence of a phospholipid in multilamellar vesicles makes it possible to induce mimicry of cell membranes.
  • the hydroxylated amphiphilic compound constituting the vesicles is not a hydroxylated phospholipid, this property can be imparted to the hybrid material by using a non-hydroxylated phospholipid as an additional amphiphilic compound.
  • the presence within the vesicles of a surfactant carrying an amino group or a thiol group promotes good distribution of the nanoparticles within a vesicle by inhibiting their natural tendency to aggregate to form particles of micron size.
  • the use of such a surfactant together with the hydroxylated amphiphilic compound thus makes it possible to adjust the size of the particles.
  • the surfactant compound carrying an amino or thiol group can be chosen from compounds having on the one hand at least one alkyl group having at least 11 carbon atoms or at least one alkylaryl group in which the alkyl group has at least 5 carbon atoms , and on the other hand an SH group or an amino or ammonium group.
  • An amphiphilic compound of the "lipid-ligand” type comprises two alkyl chains each having at least 11 carbon atoms and linked by a spacer group to a ligand constituting the functionalized polar head.
  • the ligand is made up of an amino acid sequence.
  • the spacer consists of an alkyl or oxaalkyl chain comprising one or more groups - (NH-CH 2 -CO) - in the chain.
  • Compound R5 is formed step by step by assembling amino acids according to the GRGDSP sequence. This synthesis takes place on a solid phase from the C-terminal end to the N-terminal end.
  • the peptide chain is first extended to the spacer (-NH-CH 2 - (CH 2 -CH 2 -0) 3 -CH 2 -CH 2 - CH 2 -NH-C0-CH 2 ⁇ CH 2 - CH 2 -C0-) and is terminated with a lysine.
  • the second step is to link two palmitic acids to the lysine.
  • the molecule is then deprotected and detached from the solid phase.
  • the hybrid material according to the invention is obtained by a process which comprises a step of bringing an organic component comprising at least one amphiphilic hydroxylated compound into contact with an aqueous solution of Au (O) precursor, said step preceding or following a shearing step intended to form multilamellar vesicles from said hydroxylated amphiphilic compound.
  • the precursor of gold particles is a gold salt soluble in an aqueous medium.
  • an aqueous medium By way of example, mention may be made of potassium tetrachloro-orate (III) KAuCl 4 and the complex salt HAuCl. These compounds are preferably used in the form of an aqueous solution having a concentration of the order of 10 "5 to 10 " 1 M.
  • the organic component can consist of one or more hydroxylated amphiphilic compounds as defined above, alone or in admixture with at least one compound chosen from non-hydroxylated lipids, surfactants carrying an amino or thiol group, and the "lipid-ligand" type compounds as defined above.
  • the organic component is hydrated with the aqueous solution of Au (O) precursor, then the mixture obtained is subjected to shearing.
  • the precursor of Au (O) is brought into contact with the organic component before the shearing, that is to say before the formation of the vesicles.
  • Shearing can be carried out by kneading the reaction mixture using a spatula, or else using a piston associated with a microtube. It is also possible to carry out the shearing using a shear cell of the quilt cell type.
  • the size of the nanoparticles can be modified for example by adjusting the ratio of the concentrations [Au 3+ ] / [reduction site].
  • reduction site is meant the site of specific interaction of the hydroxylated amphiphilic compound with the gold precursor.
  • the particle size can also be adjusted by adding a compound aimed at stabilizing the nanoparticles formed in situ.
  • the stabilizing compound is chosen from compounds free of metallic atoms and having non-binding doublets. Mention may be made, for example, of surfactants comprising an amino group and surfactants comprising a group -SH mentioned previously as a particular category of additional non-hydroxylated amphiphilic compound.
  • Multilamellar vesicles were prepared using Lipoid S100 as the phospholipid, Brij®30 as the hydroxylated amphiphilic compound agent and an aqueous solution of KAuCl 4 10 ⁇ 3 M.
  • the phospholipid and the hydroxylated amphiphilic compound were dissolved, in a mass ratio of 70/30, in absolute ethanol. Then, the ethanol was evaporated and a yellowish paste was obtained. 100 mg of this paste were hydrated by adding 2 ml of H 2 0 and mixing with a vortex for approximately 10 minutes so as to obtain a creamy whitish and homogeneous liquid. Then this mixture was lyophilized to obtain a homogeneous mixture of phospholipid and surfactant.
  • the homogeneous mixture thus obtained was hydrated with 100 mg of the aqueous solution of KAuCl 4 , and immediately subjected to shearing using a spatula.
  • the initially yellowish mixture turned purple after two hours.
  • a small angle X-ray diffraction analysis shows that the insertion of the gold complex in the phospholipid bilayers results in an increase in the distance between lipid bilayers by 10 ⁇ , the smectic pitch going from 55 ⁇ to 66 ⁇ .
  • control vesicles VI and V2 were prepared, by a process identical to that described above.
  • Sample VI was prepared using phospholipid and gold salt.
  • Sample V2 was prepared using gold salt and the amphiphilic compound Brij®30. There is no change in color after two hours for VI while V2 takes on a pink color. It thus appears that gold particles are not formed in the presence of the only phospholipid and that the presence of the hydroxylated amphiphilic compound Brij®30 is essential to induce the reduction of the gold precursor.
  • Multilamellar vesicles were prepared using Lipoid 100 as phospholipid, Brij®30 as active amphiphilic compound and an aqueous solution of KAuCl 10 ⁇ 3 M.
  • a mixture of phospholipid and Brij®30 was prepared in a mass ratio of 70/30 according to the procedure described in Example 1. 100 mg of this mixture was hydrated with 100 mg of water, then sheared the yellowish mixture obtained using a spatula. The multilamellar vesicle paste obtained was then hydrated with 100 mg of the KAuCl solution. After two hours, the mixture took on a red-ruby color.
  • Multilamellar vesicles were prepared from Genamine T020 used as the hydroxylated amphiphilic compound, without the use of phospholipid.
  • multilamellar vesicles were prepared by replacing the hydroxylated amphiphilic compound Brij®30 with monoolein, the phospholipid / surfactant mass ratio being 95-5.
  • the shearing was carried out using a spatula.
  • the change in color from yellowish to ruby red was observed for the product obtained after shearing.
  • Multilamellar vesicles were prepared using Lipoid S100 as the phospholipid, monoolein as the hydroxylated amphiphilic compound, Peptide R5 and an aqueous solution of KAuCl 10 "3 M.
  • the phospholipid, the hydroxylated amphiphilic compound and the Peptide R5 were dissolved in a mass ratio of 85/5/10, in an equivolumic mixture of chloroform / methanol. Then, the organic solvent was evaporated and a yellowish paste was obtained. 100 mg of this paste were hydrated by adding 2 ml of H 2 0 and mixing with a vortex for approximately 10 minutes so as to obtain a creamy whitish and homogeneous liquid. Then this mixture was lyophilized to obtain a homogeneous mixture of Lipoid S100, amphiphilic compound and Peptide R5.
  • the homogeneous mixture thus obtained was hydrated with 100 mg of the aqueous KAuCl solution, placed in a microtube and immediately subjected to shearing using a piston suitable for the microtube.
  • the initially pale yellow mixture took on a ruby red color.
  • the index represents 200 nm in the photograph placed at the top left, and 100 nm in the three other photographs.
  • the index represents 20 nm.
  • the various photographs show that the onion structure is preserved during the process of insertion of the gold complex and during the reduction in situ of the said complex. They also show that the gold nanoparticles are concentrated on the vesicles, the areas between vesicles being almost devoid of nanoparticles. Nanoparticles are relatively monodisperse and their size varies from 5 to 10 nm, with a large population centered on 6 nm. Nanoparticles are not aggregated.
  • cryo-MET was carried out. For the product obtained in Example 4, zero-valent gold was observed (concentration of the starting salt 10 ⁇ 3 M), and a hierarchical structure where nanoparticles are incorporated in onions. The photo is reproduced in Figure 4.

Abstract

L'invention concerne un matériau hybride organique-inorganique contenant des nanoparticules d'or, ainsi qu'un procédé pour sa préparation. Le matériau est constitué par des vésicules multilamellaires organiques et des nanoparticules d'or. Les vésicules multilamellaires sont constituées par un composant organique comprenant au moins un composé amphiphile portant au moins un groupe hydroxyle, et leur dimension est comprise entre 0,1 et 10 µm. Les nanoparticules sont réparties au sein des vésicules. Le procédé de préparation du matériau comprend une étape de mise en contact d'un composant organique comprenant un ou plusieurs composés amphiphiles hydroxylés avec une solution aqueuse de précurseur d'Au(0), précédant ou suivant une étape de cisaillement destinée à former des vésicules multilamellaires à partir desdits composés amphiphiles.

Description

Matériau hybride organique-inorganique et procédé pour sa préparation
La présente invention concerne un matériau hybride organique-inorganique, ainsi qu'un procédé pour sa préparation.
Les nanoparticules d'or ont trouvé leurs premières applications en chimie en tant que catalyseur pour des réactions de type hydrogénation ou oxydation, puis en optique et en électronique. On les a également employées comme amplificateur de signaux dans des techniques d'analyse de surface comme la spectroscopie Raman de surface (SERS, Surface-Enhanced Raman Spectroscopy) , la résonance de plasmon de surface (SPR, Surface Plasmon Résonance) ou la microscopie à force atomique. Pour toutes ces applications, les nanoparticules sont fixées à un support solide. Plus récemment, diverses applications biologiques de ces nanoparticules d'or ont été envisagées. Dans la quasi-totalité des applications biologiques, les nanoparticules d'or sont fonctionnalisées par greffage en surface d'une biomolécule (lipides, peptides, ARN, oligonucléotides) . Elles sont utilisées pour le diagnostic médical, pour le dosage de biomolécules (anticorps, oligonucléotides, ADN) , pour la localisation d'ADN, d'ARN dans des cellules, de sous-unités enzy atiques. Dans ces derniers exemples, elles servent de sondes et c'est leur forte densité électronique qui est mise à profit pour visualiser indirectement les biomolécules qui leur sont greffées (ou les molécules complémentaires) par des techniques de microscopie électronique voire de microscopie optique. Les nanoparticules d'or peuvent également être employées pour marquer des liposomes (lorsqu'elles sont fixées à des lipides) afin de suivre le transfert et le "trajet" des liposomes dans des organismes biologiques (cellules, vaisseaux sanguins) .
On connaît différents procédés de préparation de nanoparticules d'or, notamment en milieu confiné minéral ou en milieu confiné organique.
La préparation de nanoparticules d'or en milieu confiné minéral peut être effectuée dans des suspensions inorgani- ques (titane, silice, argile), par réduction d'un précurseur d'or en présence d'un catalyseur tel que décrit notamment par K. Nakamura, et al, [(2001) J. of Che Eng. of Japan, 34, 1538-1544}. La préparation de nanoparticules d'or au sein d'une matrice de silice portant des groupes hydroxyles, par réduction spontanée d'un précurseur d'or est décrite par P. Mukherjee, et al, [(2002) Chem. Mater. 14-, 1678-1684], par T. Yokohama, et al, [Journal of Colloid and Interface Science 233, 112-116 (2001)].
Par M.K. Kim, et al, [(2001) Chem. Comm. 667-668], il est connu de préparer des nanoparticules d'or dans des den- drimères de première génération. K. Esumi, et al [(2000) Langmuir 16, 2978-2980] décrivent la préparation de nanoparticules d'or dans des dendrimères de polyamidoamines . S. Selvan, et al, [(1998) Adv. Mat. 10, 132-134] décrivent la préparation de nanoparticules d'or dans des micelles de polymères. Dans tous ces procédés, il est nécessaire d'ajouter un agent réducteur ou un catalyseur, par exemple LiH ou l'acide citrique.
La préparation de nanoparticules d'or au sein de vésicules unilamellaires de lipides a été expérimentée. Les vésicules unilamellaires sont des liposomes, qui ont une seule bicouche lipidique et dont la taille ne dépasse généralement pas 200 nm. Par exemple, M. A. Markowitz, et al, [(1999) Journal of Colloid and interface science 210, 73-85] décrivent la préparation de vésicules unilamellaires contenant des nanoparticules d'or, par un procédé nécessitant l'utilisation d'un catalyseur, par exemple des ions Pd2+, ou l'ajout d'un réducteur tel que l'hydrophosphite de sodium. T. Sato, et al, [(1997) J. Mater. Chem. 7, 1837-1840] décrivent la préparation de vésicules unilamellaires contenant des nanoparticules d'or, par un procédé nécessitant une photolyse pour catalyser la réaction.
Il est connu en outre de préparer des vésicules multilamellaires (appelées oignons ou sphérulites) à partir de phospholipides, en soumettant des phases lamellaires à un cisaillement, lesdites vésicules pouvant être dispersées dans un excès d'eau pour donner une dispersion colloïdale [Bernheim-Grosswasser et al., (2000), J. Chem. Phys, 112, 7, 3424-3430. Faure et al., (2001), Progress in Colloid and Polymer science, 118, 42-47] . Si une molécule active (médicament, parfum, protéine ou tout autre type de molécule) est dissoute dans la phase lamellaire avant le cisaillement, et qu'ensuite les oignons obtenus sont dispersés dans un excès d'eau, on obtient une suspension de molécules encapsulées. Des réactions peuvent être effectuées en utilisant les vésicules comme microréacteurs, par exemple la réduction d'ions Cu(II) en oxyde de Cu(I) à l'aide d'hydrazine qui est un agent réducteur fort [F. Gauffre, et al, (1999) Langmuir 15, 3738-3747].
Les inventeurs ont maintenant découvert qu'il était possible de produire des nanoparticules d'or au sein de vésicules 'multilamellaires, à partir d'un précurseur d'or, sans utilisation d'agent extérieur.
C'est pourquoi la présente invention a pour objet un procédé pour la préparation d'un matériau hybride constitué par des vésicules organiques et des nanoparticules d'or, ainsi que le matériau hybride obtenu.
Le matériau hybride organique-inorganique de la présente invention est constitué par une matrice organique et des nanoparticules d'or. Il est caractérisé en ce que :
• la matrice organique est constituée par des vésicules multilamellaires, chaque vésicule étant constituée de plusieurs bicouches qui s'étendent jusqu'au cœur de la vésicule ;
• chaque bicouche comprend deux films constitués par un ou plusieurs composés amphiphiles portant au moins un groupe hydroxyle (désignés ci-après par composés amphiphiles hydroxylés) ,
• chaque film a une face correspondant aux têtes polaires des composés amphiphiles hydroxylés et une face correspondant à la partie hydrophobe desdits composés ;
• les deux films d'une bicouche sont accolés par la face correspondant aux parties hydrophobes, de sorte que les faces externes d'une bicouche portent les têtes polaires • la dimension des vésicules est comprise entre 0,1 et 10 μm,
• Les nanoparticules sont réparties dans la partie hydrophiles des films formant les bicouches.
Par nanoparticules, on entend des particules dont la taille est entre 1 nm et 100 nm.
La structure des vésicules multilamellaires formant la matrice organique du matériau selon l'invention, constituées de plusieurs bicouches qui s'étendent jusqu'au cœur de la vésicule, est dite "type oignon".
Le composé amphiphile hydroxylé peut être un composé amphiphile ionique ou un composé amphiphile non-ionique. Il comprend une tête polaire et au moins une longue chaîne alkyle ayant au moins 11 atomes de carbone.
Comme exemple de composé amphiphile hydroxylé non ionique, on peut citer le composé Cι2H25 (0-CH2-CH2) OH commercialisé sous la dénomination Brij ®30 ou Simulsol, le 1-mono- oléoyl-rac-glycérol CH2OH-CHOH-CH20-CO- (CH2) 7-CH=CH- (CH2) 7-CH3 ou le composé Génamine T020 commercialisé par la société Clariant GmbH qui est un mélange d'aminés éthoxylées dans lequel le composé majoritaire répond à la formule Cι6H33-CH=CH-N[-(CH2-CH20)xH] [- (CH2-CH20) yH] avec x+y=2. Le composé amphiphile hydroxylé non ionique peut également être choisi parmi les lipides portant au moins un groupe hydroxylé. Comme exemples de lipides hydroxylés, on peut citer les diacylglycérols, les 2-monoacyl-sn-glycérols, les glycoglycérolipides, les sphingolipides et les stérols.
Comme exemple de composé amphiphile hydroxylé ionique, on peut citer les alpha-oléfines sulfonates et les phospholipides hydroxylés. Un phospholipide est un composé amphiphile qui possède un groupe phosphate ou un groupe amino- phosphate (constituant une tête polaire) et deux chaînes alkyles ayant au moins 11 atomes de carbone. Comme exemples de phospholipides hydroxylés, on peut citer les phosphati- dylglycérols, les phosphatidylinositols et les acides phosphatidiques .
Les vésicules multilamellaires du matériau hybride selon l'invention peuvent contenir, outre le composé a phi- phile hydroxylé, un ou plusieurs autres composés organiques additionnels non hydroxylés à caractère amphiphile. Lesdits composés amphiphiles additionnels participent à la formation des films constituant les bicouches des vésicules multilamellaires de la même manière que les composés amphiphiles hydroxylés : les têtes polaires du composé additionnel et les têtes polaires du composé amphiphile hydroxylé se trouvent sur la même face d'un film.
Les composés additionnels peuvent être choisis parmi les lipides non hydroxylés, les composés tensioactifs portant un groupe amino ou un groupe thiol, et les composés amphiphiles du type lipide-ligand.
Le lipide non hydroxylé peut être choisi notamment parmi les phospholipides non hydroxylés, par exemple les phos- phatidylcholines et les phosphatidyléthanolamines. La présence d'un phospholipide dans les vésicules multilamellaires permet d'induire un mimétisme des membranes cellulaires. Lorsque le composé amphiphile hydroxylé constituant les vésicules n'est pas un phospholipide hydroxylé, cette propriété peut être conférée au matériau hybride par utilisation d'un phospholipide non hydroxylé comme composé amphiphile additionnel.
La présence au sein des vésicules d'un tensioactif portant un groupe amino ou un groupe thiol favorise une bonne répartition des nanoparticules au sein d'une vésicule en inhibant leur tendance naturelle à s ' agréger pour former des particules de dimension micronique. L'utilisation d'un tel tensioactif conjointement avec le composé amphiphile hydroxylé permet ainsi d'ajuster la taille des particules. Le composé tensioactif portant un groupe aminé ou thiol peut être choisi parmi les composés ayant d'une part au moins un groupe alkyle ayant au moins 11 atomes de carbone ou au moins un groupe alkylaryle dans lequel le groupe alkyle a au moins 5 atomes de carbone, et d'autre part un groupe SH ou un groupe amino ou ammonium. A titre d'exemple, on peut citer CnH23SH, 1 ' octadécylamine, l'hexadécyla ine, l'octa- décylaniline, le bromure de benzyldiméthylstéarylammonium. Un composé amphiphile du type "lipide-ligand" comporte deux chaînes alkyles ayant chacune au moins 11 atomes de carbone et reliées par un groupe espaceur à un ligand constituant la tête polaire fonctionnalisée. Le ligand est constitué par une séquence d'acides aminés. L' espaceur est constitué par une chaîne alkyle ou oxaalkyle comprenant une ou plusieurs groupes - (NH-CH2-CO) - dans la chaîne. Un exemple de composé du type lipide-ligand désigné par composé R5 est représenté par la formule ci-dessous, dans laquelle GRGDSP est une séquence d'acides aminés (G=glycine, R=arginine, D=acide aspartique, S=sérine, P=proline) . Il permet d'introduire dans les vésicules multilamellaires, un groupe fonctionnel, par exemple un groupe favorisant l'adhésion cellulaire.
Figure imgf000007_0001
Un procédé de préparation de ce composé R5 est décrit par P. Chenevier, [Thèse en Chimie Physique, "Vésicules multilamellaires de type oignons comme vecteurs biologiques ciblés", Université Bordeaux I, Pascale Chenevier (2001), p. 66-74] . Le composé R5 est formé pas à pas par assemblage d'acides aminés selon la séquence GRGDSP. Cette synthèse se fait sur phase solide de l'extrémité C-terminale vers l'extrémité N-terminale. La chaîne peptidique est allongée en premier jusqu'à l' espaceur (-NH-CH2- (CH2-CH2-0) 3-CH2-CH2- CH2-NH-C0-CH2~CH2-CH2-C0-) et est terminée par une lysine. La deuxième étape consiste à lier deux acides palmitiques à la lysine. La molécule est ensuite déprotégée et détachée de la phase solide.
La présence de nanoparticules d'or dans les vésicules multilamellaires est confirmée par microscopie électronique à balayage par cryofracture et par microscopie électronique à transmission à basse température (cryo-MET) .
Le matériau hybride selon l'invention est obtenu par un procédé qui comprend une étape de mise en contact d'un composant organique comprenant au moins un composé amphiphile hydroxylé avec une solution aqueuse de précurseur d'Au(O), ladite étape précédant ou suivant une étape de cisaillement destinée à former des vésicules multilamellaires à partir dudit composé amphiphile hydroxylé.
Le précurseur des particules d'or est un sel d'or soluble en milieu aqueux. A titre d'exemple, on peut citer le tétrachloro-orate (III) de potassium KAuCl4 et le sel complexe HAuCl . Ces composés sont utilisés de préférence sous forme d'une solution aqueuse ayant une concentration de l'ordre de 10"5 à 10"1 M.
Le composant organique peut être constitué d'un ou plusieurs composés amphiphiles hydroxylés tels que définis ci-dessus, seuls ou en mélange avec au moins un composé choisi parmi les lipides non hydroxylés, les tensio-actifs portant un groupe amino ou thiol, et les composés du type "lipide-ligand" tels que définis ci-dessus.
Dans un premier mode de réalisation du procédé de l'invention, on hydrate le composant organique par addition d'eau, on soumet ledit composant organique hydraté à un cisaillement, puis on met en contact le produit obtenu avec la solution aqueuse de précurseur d'Au(O). Dans ce cas particulier, le précurseur d'Au(O) est introduit dans les vésicules multilamellaires après leur formation.
Dans un autre mode de réalisation, on hydrate le composant organique avec la solution aqueuse de précurseur d'Au(O), puis on soumet le mélange obtenu à un cisaillement. Dans ce cas particulier, le précurseur d'Au(O) est mis en contact avec le composant organique avant le cisaillement, c'est-à-dire avant la formation des vésicules. Le cisaillement peut être effectué en malaxant le mélange réactionnel à l'aide d'une spatule, ou bien à l'aide d'un piston associé a un microtube. On peut également effectuer le cisaillement à l'aide d'une cellule de cisaillement du type Cellule de Couette.
La taille des nanoparticules peut être modifiée par exemple en ajustant le rapport des concentrations [Au3+] / [site de réduction] . Par site de réduction, on entend le site d'interaction spécifique du composé amphiphile hydroxylé avec le précurseur d'or. La taille des particules peut en outre être ajustée en ajoutant un composé visant à stabiliser les nanoparticules formées in situ. Le composé stabilisant est choisi parmi les composés exempts d'atomes métalliques et possédant des doublets non liants. On peut citer par exemple les tensio-actifs comprenant un groupe aminé et les tensio-actifs comprenant un groupe -SH mentionnés précédemment comme catégorie particulière de composé amphiphile additionnel non hydroxylé.
Le matériau hybride obtenu par le procédé de l'invention peut être extrait du milieu réactionnel, soit par centrifugation, soit par lyophilisation à froid. La présence d'eau est cependant une condition indispensable pour obtenir la texture en vésicules multilamellaires du type oignon. En outre, pour les applications biologiques, la présence d'eau est indispensable. L'extraction par lyophilisation à froid permet de conserver la texture en vésicules multilamellaire du type oignon. Pour des applications non biologiques, il est possible de détruire la matrice organique par utilisation d'un solvant alcoolique, et de récupérer des nanoparticules d'or.
La présente invention est décrite plus en détails, par les exemples de mise en œuvre décrits ci-dessus, qui sont donnés à titre d'illustration et auxquels l'invention n'est cependant pas limitée.
Les composés suivants ont été utilisés dans les divers exemples de préparation : Phospholipide • Lipoid S100, commercialisé par la société Lipoid GmbH, Agent tensio-actif
• Brij®30, désigné par Simulsol, commercialisé par la société Aldrich,
• la monooléine répondant à la formule 1-monooléoyl-rac- glycérol, commercialisé par la société Sigma,
• Génamine T020, commercialisé par la société Clariant GmbH
• Peptide R5 Précurseur d'or
• KAuCl4, commercialisé par la société Acros Organics. Ce composé est utilisé sous forme d'une solution aqueuse 10~3 M ou 10~2 M.
Exemple 1
On a préparé des vésicules multilamellaires en utilisant Lipoid S100 comme phospholipide, Brij®30 comme agent composé amphiphile hydroxylé et une solution aqueuse de KAuCl4 10~3 M.
On a dissous le phospholipide et le composé amphiphile hydroxylé, dans un rapport massique de 70/30, dans l'éthanol absolu. Ensuite, on a évaporé l'éthanol et l'on a obtenu une pâte jaunâtre. On a hydraté 100 mg de cette pâte en ajoutant 2 ml d'H20 et en mélangeant à l'aide d'un vortex pendant environ 10 minutes de façon a obtenir un liquide crémeux blanchâtre et homogène. Ensuite on a lyophilisé ce mélange pour obtenir un mélange, homogène de phospholipide et de tensio-actif.
Le mélange homogène ainsi obtenu a été hydraté par 100 mg de la solution aqueuse de KAuCl4, et immédiatement soumis à un cisaillement à l'aide d'une spatule. Le mélange initialement jaunâtre a pris une coloration violette après deux heures.
Une analyse de diffraction de rayons X aux petits angles montre que l'insertion du complexe d'or dans les bicouches de phospholipide entraîne une augmentation de la distance entre bicouches lipidiques de 10 Â, le pas smectique passant de 55 Â à 66 À.
On a reproduit le mode opératoire ci-dessus, en remplaçant simplement l'étape de cisaillement à l'aide d'une spatule par un cisaillement à l'aide d'un système piston / microtube. Les résultats par les deux modes de cisaillement sont similaires. La seule différence étant que dans les vésicules obtenues par le second procédé de cisaillement, les bicouches s'étendent davantage vers le cœur de la vésicule.
A titre comparatif, on a préparé des vésicules témoins VI et V2, par un procédé identique à celui décrit ci-dessus. L'échantillon VI a été préparé en utilisant le phospholipide et le sel d'or. L'échantillon V2 a été préparé en utilisant le sel d'or et le composé amphiphile Brij®30. On ne note aucun changement de couleur après deux heures pour VI alors que V2 prend une coloration rose. Il apparaît ainsi qu'il ne se forme pas de particules d'or en présence du seul phospholipide et que la présence du composé amphiphile hydroxylé Brij®30 est indispensable pour induire la réduction du précurseur d'or.
Exemple 2
On a préparé des vésicules multilamellaires en utilisant Lipoid 100 comme phospholipide, Brij®30 comme composé amphiphile actif et une solution aqueuse de KAuCl 10~3 M.
On a préparé un mélange de phospholipide et de Brij®30 dans un rapport massique de 70/30 selon le mode opératoire décrit dans l'exemple 1. On a hydraté 100 mg de ce mélange par 100 mg d'eau, puis l'on a cisaillé le mélange jaunâtre obtenu à l'aide d'une spatule. On a ensuite hydraté la pâte de vésicules multilamellaires obtenue par 100 mg de la solution de KAuCl . Après deux heures, le mélange a pris une coloration rouge-rubis.
Exemple 3
On a préparé des vésicules multilamellaires à partir de Génamine T020 utilisée comme composé amphiphile hydroxylé, sans utiliser de phospholipide.
La Génamine T020 a été hydratée par une solution aqueuse de KAuCl 10~3M, puis cisaillée à l'aide d'une spatule. On a constaté le même changement de couleur du jaunâtre vers le rouge-rubis.
Exemple 4
Selon le mode opératoire de l'exemple 2, on a préparé des vésicules multilamellaires en remplaçant le composé amphiphile hydroxylé Brij®30 par la monooléine, le rapport massique phospholipide/agent tensio-actif étant de 95-5. Le cisaillement a été effectué à l'aide d'une spatule. Ici également, on a constaté le changement de coloration du jaunâtre vers le rouge-rubis pour le produit obtenue après cisaillement.
Exemple 5
On a préparé des vésicules multilamellaires en utilisant Lipoid S100 comme phospholipide, la monooléine comme composé amphiphile hydroxylé, le Peptide R5 et une solution aqueuse de KAuCl 10"3 M.
On a dissous le phospholipide, le composé amphiphile hydroxylé et le Peptide R5 dans un rapport massique de 85/5/10, dans un mélange équivolumique de chloroforme / méthanol. Ensuite, on a évaporé le solvant organique et l'on a obtenu une pâte jaunâtre. On a hydraté 100 mg de cette pâte en ajoutant 2 ml d'H20 et en mélangeant à l'aide d'un vortex pendant environ 10 minutes de façon a obtenir un liquide crémeux blanchâtre et homogène. Ensuite on a lyophilisé ce mélange pour obtenir un mélange homogène du Lipoid S100, de composé amphiphile et de Peptide R5.
Le mélange homogène ainsi obtenu a été hydraté par 100 mg de la solution aqueuse de KAuCl , placé dans un microtube et immédiatement soumis à un cisaillement à l'aide d'un piston adapté au microtube. Le mélange initialement jaune pâle a pris une coloration rouge-rubis.
Exemple 6
On a préparé un mélange homogène de Lipoid S100, de monooléine et de Peptide R5 de la même manière que dans l'exemple 5. On a hydraté 100 mg de ce mélange par 100 mg d'eau et on a cisaillé à l'aide d'un système piston/ microtube. Le produit obtenu après cisaillement a été dispersé dansl ml de solution de KAuCl 10~2 M. On a constaté un changement de couleur du jaune vers le rouge-rubis.
Exemple 7
Un échantillon de vésicules multilamellaires a été préparé selon le procédé décrit dans l'exemple 4, en remplaçant la solution de précurseur d'or à 10~3 M par une solution du même précurseur à 10"2 M. Les vésicules multilamellaires obtenues ont été extraites du milieu réactionnel et séchées. Une microscopie électronique par transmission a été faite sur les vésicules séchées. La figure 1 représente les clichés obtenus. Ils montrent que la taille des nanoparticules augmente avec la concentration en précurseur d'or. Elle est de 45 nm pour une concentration en KAuCl de 10~2 M et de 7 nm pour une concentration de 10~3 M.
La coloration rouge-rubis observée dans les compositions d'objets hybrides préparées selon l'invention dans les différents exemples décrits ci-dessus est caractéristique des nanoparticules d'or et elle est associée à une bande plasmon qui se situe à 530 nm en UV-visible. Aucune absorption vers 650 nm n'est observée en spectroscopie électronique, ce qui signifie que les nanoparticules d'or ne sont pas agrégées et qu'elles ont une faible anisotropie de forme .
Le caractère zéro-valent des nanoparticules d'or formées est confirmé par XPS. La valeur des bandes d'émission X des énergies associées aux électrons 4f5/2 et 4f7/2 respectivement à 87,9 eV et 84,1 eV est caractéristique de la présence d'or métallique. Ces pics ne sont pas dédoublés, ce qui signifie qu'il n'y a pas eu formation d'oxydes et qu'il ne reste pas de complexe précurseur d'or. L'analyse ayant été effectuée après un décapage de quelques  de l'échantillon, le résultat de l'analyse XPS confirme la présence de nanoparticules d'or au sein des vésicules. Une analyse par microscopie électronique à balayage par cryofracture a été effectuée sur l'échantillon obtenu selon l'invention dans l'exemple 1. La figure 2 et la figure 3 représentent les clichés obtenus à différents taux de grossissement. Sur la figure 2, l'index représente 200 nm sur la photographie placée en haut à gauche, et 100 nm sur les trois autres photographies. Sur la figure 3, l'index représente 20 nm. Les différents clichés montrent que la structure en oignon est préservée pendant le processus d'insertion du complexe d'or et pendant la réduction in situ dudit complexe. Ils montrent également que les nanoparticules d'or sont concentrées sur les vésicules, les zones entre vésicules étant quasiment dépourvues de nanoparticules. Les nanoparticules sont relativement monodisperses et leur taille varie de 5 à 10 nm, avec une forte population centrée sur 6 nm. Les nanoparticules ne sont pas agrégées. En outre, pour confirmer la texturation des matériaux hybrides organiques- inorganiques préparés selon la présente invention, une observation par cryo-MET a été effectuée. Pour le produit obtenu dans l'exemple 4, on a observé de l'or zéro-valent (concentration du sel de départ 10~3M) , et une structure hiérarchisée où des nanoparticules sont incorporées dans des oignons. Le cliché est reproduit sur la figure 4.

Claims

Revendications
1. Matériau hybride organique-inorganique constitué par une matrice organique et des nanoparticules d'or, caractérisé en ce que : la matrice organique est constituée par des vésicules multilamellaires, chaque vésicule étant constituée de plusieurs bicouches qui s'étendent jusqu'au cœur de la vésicule ; chaque bicouche comprend deux films constitués par un ou plusieurs composés amphiphiles portant au moins un groupe hydroxylé (désignés ci-après par composés amphiphiles hydroxylés) , chaque film a une face correspondant aux têtes polaires des composés amphiphiles hydroxylés et une face correspondant à la partie hydrophobe desdits composés ; les deux films d'une bicouche sont accolés par la face correspondant aux parties hydrophobes, de sorte que les faces externes d'une bicouche portent les têtes polaires ; la dimension des vésicules est comprise entre 0,1 et 10 μm, les nanoparticules sont réparties dans la partie hydrophile des films formant les bicouches.
2. Matériau hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que la taille des nanoparticules est entre 1 nm et 100 nm.
3. Matériau hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé amphiphile hydroxylé est un composé amphiphile ionique ou un composé amphiphile non- ionique.
4. Matériau selon la revendication 3, caractérisé en ce que le composé amphiphile hydroxylé est un composé amphiphile non ionique choisi parmi Cι2H25 (0-CH2-CH2) OH, le 1-monooléoyl-rac-glycérol CH2OH-CHOH-CH20-CO- (CH2) 7-CH=CH- (CH2)7-CH3 ou Cι6H33-CH=CH-N[-(CH2-CH20)xH] [- (CH2-CH20) yH] avec x+y=2.
5. Matériau hybride selon la revendication 3, caractérisé en ce que le composé amphiphile hydroxylé est un composé amphiphile non ionique choisi parmi les lipides portant au moins un groupe hydroxylé.
6. Matériau hybride selon la revendication 5, caractérisé en ce que le lipide est choisi parmi les diacylglycérols, les 2-monoacyl-sn-glycérols, les glyco- glycérolipides, les sphingolipides et les stérols.
7. Matériau hybride selon la revendication 3, caractérisé en ce que le composé amphiphile hydroxylé est un composé amphiphile ionique choisi parmi les alpha-oléfines sulfonates et les phospholipides hydroxylés.
8. Matériau hybride selon la revendication 7, caractérisé en ce que les phospholipides hydroxylés sont choisis parmi les phosphatidylglycérols, les phosphatidyl- inositols et les acides phosphatidiques.
9. Matériau hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vésicules contiennent en outre un composé amphiphile non hydroxylé.
10. Matériau hybride selon la revendication 9, caractérisé en ce que le composé amphiphile non hydroxylé est un composé tensio-actif comprenant un groupe a iné, un groupe ammonium ou un groupe thiol .
11. Matériau hybride selon la revendication 9, caractérisé en ce que le composé amphiphile non hydroxylé est un phospholipide non hydroxylé.
12. Matériau hybride selon la revendication 9, caractérisé en ce que le composé amphiphile non hydroxylé est un composé du type "lipide-ligand", qui comporte deux chaînes alkyles qui ont chacune au moins 11 atomes de carbone et qui sont reliées par un groupe espaceur à un ligand constituant la tête polaire fonctionnalisée, le ligand étant constitué par une séquence d'acides aminés, 1' espaceur étant constitué par une chaîne alkyle ou oxaalkyle comprenant une ou plusieurs groupes - (NH-CH2-CO) - dans la chaîne.
13. Procédé de préparation d'un composé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mise en contact d'un composant organique comprenant un ou plusieurs composés amphiphiles hydroxylés avec une solution aqueuse de précurseur d'Au(O), ladite étape précédant ou suivant une étape de cisaillement destinée à former des vésicules multilamellaires à partir desdits composés amphiphiles hydroxylés.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le précurseur des particules d'or est un sel d'or soluble en milieu aqueux.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le sel d'or est le tétrachloro-orate (III) de potassium KAuCl ou le sel complexe HAuCl4.
16. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le précurseur d'or est utilisé sous forme d'une solution aqueuse ayant une concentration de l'ordre de 10~5 à 10"1 M.
17. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le composant organique est constitué d'un ou plusieurs composés amphiphiles hydroxylés, seuls ou en mélange avec au moins un composé choisi parmi les lipides non hydroxylés, les tensio-actifs portant un groupe amino, un groupe ammonium ou un groupe thiol, et les composés du type lipide-ligand.
18. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on hydrate le constituant organique par addition d'eau, on soumet ledit constituant organique hydraté à un cisaillement, puis on met en contact le produit obtenu avec la solution aqueuse de précurseur d'Au(O).
19. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on hydrate le constituant organique avec la solution aqueuse de précurseur d'Au(O), puis on soumet le mélange obtenu à un cisaillement.
20. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on soumet le produit réactionnel à une centrifugation ou une lyophilisation à froid.
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