Définition et propriétés des nanoparticules

Les nanoparticules sont de taille inférieure à 0,1µm ( 100 nm), taille comprise entre1 et 100 nm. On parle de «particules ultra-fines» PUF, ou de «nanoparticules» NP, de manière plus ou moins équivalente.

Définition d’un aérosol ultra-fin
Particularités des PUF par rapport aux particules micrométriques
Agglomération des particules
Propriétés des particules en fonction de leur taille
Propriétés de surface des nanoparticules

 

Définition d’un aérosol ultra-fin

Les effets sur la santé des particules inhalées dépendent de nombreux facteurs physiques et chimiques:

Facteurs physiques les plus importants

  • Concentration dans l’air.
  • Taille des particules,
    en effet la taille de la particule détermine le site du dépôt dans les voies respiratoires, et conditionne la façon dont les particules interagissent avec le système biologique.

Les particules des émissions secondaires, combustion, soudage, sont plutôt désignées par le terme «particules ultra-fines», par opposition aux «nanoparticules», particules volontairement élaborées.

Particularités des PUF par rapport aux particules micrométriques

En passant de la dimension micronique à la nanométrique, différents points sont à noter:

  • La comparaison entre ces particules microniques et nanométriques doit être faite en surface exposée équivalente:
    Surface beaucoup plus grande pour les particules nanométriques.
    Etant donné le rapport élevé entre les atomes à la surface par rapport à ceux présents dans la masse:
  • Les particules nanométriques présentent une réactivité élevée.
  • La taille des PUF est nettement inférieure à celle des cellules, mais du même ordre de grandeur voire plus petites que les protéines:
    Les PUF peuvent donc intéragir sélectivement avec une protéine membranaire et déclencher des messages cellulaires spécifiques.
    Les PUF sont adsorbées sur une protéine plutôt que l’inverse.

 

Agglomération des particules

Les particules ultrafines ont un forte tendance à s’agglomérer et forment des agrégats de dimensions parfois micrométriques qui peuvent agir vis à vis des cellules comme une micro-particule unique de structure poreuse si les forces d’attraction entre particules sont fortes.

Cette propriété de former des agrégats va dans le sens de la sécurité : en effet une fois agglomérées, les PUF se dispersent moins dans l’atmosphère.

D’autre part les agglomérats se comportent dans l’air comme des particules uniques de taille équivalentes et se déposent donc moins dans les voies pulmonaires des personnes exposées que les PUF isolées.

Propriétés des particules en fonction de leur taille

Intérêt pour les PUF

Lorsque la taille de la particule décroit:
on parvient à une frontière caractérisée par l’apparition de propriétés ou de comportements nouveaux.
Des matériaux isolants, opaques peuvent devenir respectivement conducteurs, transparents, etc
ou encore changer de couleur, devenir solubles, former spontanément des structures ordonnées.

Cette évolution des propriétés se produit quand on atteint des dimensions inférieures à 50 nm.

Par ailleurs plus la taille diminue, plus le rapport surface/volume devient grand et plus les propriétés de surface finissent par devenir plus importantes que la masse en jeu.

Propriétés de surface des nanoparticules

Les PUF sont des structures complexes, chacune avec son potentiel de toxicité.

Les particules sont des agrégats qui exposent en surface des fonctionnalités chimiques, pas nécessairement les mêmes que celles présentes en profondeur.
Les différentes propriétés de surface influencent l’activité de ces particules en milieu biologique.

Les particules inhalées présentent plusieurs interactions en milieu biologique qui se produisent à la surface de la particule :

  • Soit avec les fluides extracelllulaires.
  • Soit avec les cellules.

Particules inhalées dans le poumon, mécanisme d’action:
la particule atteint les alvéoles, et est déposée dans le fluide pulmonaire.

Propriétés de surface impliquées dans la réponse biologique
Les caractéristiques les plus impliquées dans la toxicité des particules sont les suivantes:

  • Présence de sites actifs à la surface:
    • ions métalliques, radicaux de surface.
  • Caractère hydrophile ou hydrophobe qui régit l’adsorption des macromolécules.
  • Sites de surface capables de former de fortes liaisons hydrogène impliquées dans la rupture de la membrane cellulaire.
  • Sites de surface qui réagissent et donc détruisent les molécules antioxydantes qui sont des défenses naturelles contre le stress oxydant.
  • Charges superficielles qui jouent un rôle dans l’interaction avec les membranes cellulaires et dans l’adsorption des protéines.

Les informations figurant dans cet article sont extraites du livre:
«Les nanoparticules: un enjeu majeur pour la santé au travail?»
Sous la direction de Benoît Hervé-Bazin
INRS, édition EDP sciences, 2007.



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