Les nano-ions superchaotropes : un couteau suisse moléculaire dont on découvre les multiples fonctions au fils des recherches au L2IA

Un sel (ou sa forme acide) sera qualifié de superchaotrope si sa propriété de dissolution – effet « salting-in » – ou de dispersion d’une espèce moléculaire ou colloïdale est observable à des concentrations de l’ordre du millimolaire par rapport à un sel ou agent chaotrope plus classique pour lesquels ces effets de salting-in sont appréciables à des concentrations bien supérieures, de l’ordre de quelques dixièmes à quelques molaires. Parmi les chaotropes, nous citerons, par exemple, les sels de lithium sous forme bromure, perchlorate, thiocyanate, les sels de guanidine. Les anions inorganiques de taille nanométrique (ou nano-ions) et de faible densité de charge, appartenant à la famille des polyoxometalates ou aux clusters ioniques de bore ont des propriétés superchaotropes. La superchaotropie est liée à la faible hydratation des nano-ions ce qui leurs confère la capacité de s’adsorber physiquement sur des molécules, surfaces ou assemblages non-ioniques modifiant ainsi fortement les propriétés de ceux-ci en les stabilisant ou déstabilisant en fonction de leur formulation (concentration, sel, pH, présence d’additifs).

Des travaux récents menés à l’ICSM nous permettent de mieux comprendre ce phénomène d’adsorption en le décrivant par un modèle théorique thermodynamique [1] (en collaboration avec le ICSM/LMCT). Le contrôle des interactions moléculaires par ajout de nano-ions superchaotropes offre des opportunités pratiques que nous explorons permettant de : 

• moduler la stabilité d’une mousse fluide de tensioactifs [2] (collaboration avec l’Université Technologique de Darmstadt, Allemagne)
• solubiliser des molécules peu solubles et hydrophobes, comme des principes actifs pharmaceutiques, des colorants, des parfums ou des solvants organiques, en phase aqueuse [3] (thèse CEA/DRF de Ioanna Chazapi)
• renforcer fortement, de manière inédite, la viscosité et les propriétés visco-élastique de gels d’éther de cellulose [4] pour des applications futures dans des domaines tels que l'administration de médicaments, l'ingénierie tissulaire et l'impression 3D (collaboration avec l’Université d’Aix-la-Chapelle, Allemagne)

^{Crédit : O. Diat / ICSM}

Pour plus d'information, lire les articles :

[1] M. Hohenschutz, J.-F. Dufrêche, O. Diat et P. Bauduin. When Ions Defy Electrostatics: The Case of Superchaotropic Nano-ion Adsorption. Journal of Physical Chemistry Letters (2023), 14(15), 3602–3608. DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c00095

[2] L. Braun, M. Hohenschutz, O. Diat, R. von Klitzing et P. Bauduin. Repulsive, but sticky – Insights into the non-ionic foam stabilization mechanism by superchaotropic nano-ions. Journal of Colloid and Interface Science (2023), 641, 437–448. DOI: 10.1016/j.jcis.2023.03.030

[3] I. Chazapi, O. Diat et P. Bauduin. Aqueous solubilization of hydrophobic compounds by inorganic nano-ions: an unconventional mechanism. Journal of Colloid and Interface Science (2023), 638, 561–568. DOI: 10.1016/j.jcis.2023.01.115

[4] M. Hohenschutz, P. Bauduin, C. G. Lopez, B. Förster et W. Richtering. Superchaotropic Nano-ion Binding as a Gelation Motif in Cellulose Ether Solutions. Angewandte Chemie International Edition (2022), 16, e202210208. DOI: 10.1002/anie.202210208