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05 Octobre 2020

Alice Brun

Les différentes formes et applications du dioxyde de silicium (silice)

Le dioxyde de silicium, également connu sous le nom de silice, a pour formule chimique SiO2. Dans de nombreuses régions du monde, la silice est le principal constituant du sable. La silice est l'une des familles de matériaux les plus complexes et les plus abondantes, existant en tant que composé de plusieurs minéraux. La silice est également présente chez divers organismes vivants : les diatomées, un type de phytoplancton à la base de la chaîne alimentaire des océans, ont un squelette composé de silice.  De nombreuses plantes utilisent la silice pour rigidifier leurs tiges afin de retenir/porter les fruits, mais aussi pour former des aiguilles externes afin de se protéger. Le rôle de la silice est moins évident chez les animaux, mais chacun d'entre nous contient environ un demi-gramme de silice, sans laquelle nos os, nos cheveux et nos dents ne pourraient pas se former.

Le dioxyde de silicium est principalement obtenu par l'exploitation minière, notamment l'extraction de sable et la purification du quartz. Le quartz, ou silice cristalline, convient à de nombreux usages, tandis que la production par traitement chimique est nécessaire pour obtenir un produit plus pur ou plus approprié (par exemple, plus réactif ou de taille inférieure). La silice amorphe est fabriquée industriellement sous diverses formes. En effet, les gels de silice, la silice précipitée, la fumée de silice et la silice colloïdale sont obtenus grâce à des traitements par voie thermique (pyrogénée/fumée) ou par voie humide (précipitée, gel, colloïdale). Indépendamment de sa forme et de sa méthode de préparation (y compris les sous-produits), la silice est identifiée par le numéro CAS 7631-86-9.

Environ 95 % de l'utilisation commerciale du dioxyde de silicium (sable) a lieu dans l'industrie de la construction, par exemple pour la production de béton (béton de ciment Portland). De plus, la silice est le principal ingrédient pour la production de la plupart des verres.

La fumée de silice est une poudre ultrafine recueillie comme sous-produit de la production d'alliages de silicium et ferrosilicium. (Silica fume is an ultrafine powder collected as a by-product of the silicon and ferrosilicon alloy production.) Elle se compose de particules sphériques amorphes (non cristallines) d'un diamètre moyen de 150 nm, sans les ramifications du produit pyrogène. Elle est principalement utilisée comme matériau pouzzolanique pour le béton à haute performance.

Le dioxyde de silicium peut également être utilisé sur une surface de semi-conducteur en silicium où les couches d'oxyde protègent les surfaces de silicium pendant les processus de diffusion.

Le procédé Stöber est un procédé chimique utilisé pour préparer des particules de silice (SiO2) de taille contrôlée et uniforme pour des applications en science des matériaux. Ce procédé sol-gel était pionnier lorsqu'il a été découvert en 1968 et reste aujourd'hui l'approche synthétique de chimie par voie humide la plus largement utilisée pour préparer les nanoparticules de silice. La silice colloïdale (dont la taille des particules varie de 1 à 100 nm) peut être utilisée dans de nombreuses applications, par exemple : la silice colloïdale améliore les performances des revêtements à base d'eau en leur conférant des propriétés antisalissure, tout en augmentant la durabilité et la résistance du revêtement.

La silice, qu'elle soit colloïdale, précipitée ou pyrogénée, est également un additif courant dans la production alimentaire. Elle est principalement utilisée comme agent d'écoulement ou anti-agglomérant dans les aliments en poudre tels que les épices, les coffee creamer (non laitiers) ou les poudres destinées à être transformées en comprimés pharmaceutiques. La silice permet aussi adsorber l’humidité dans les applications hygroscopiques. La silice colloïdale est utilisée comme agent de collage pour le vin, la bière et le jus, avec le numéro de référence E551.

Dans les cosmétiques, la silice est utile pour ses propriétés de diffusion de la lumière et son pouvoir d'absorption naturel. La silice colloïdale est également largement utilisée comme additif rhéologique dans les produits cosmétiques pour contrôler leur fluidité.

Dans le domaine pharmaceutique, les nanoparticules de silice mésoporeuse (MSNPs) sont un exemple de nanomatériaux innovants pour le développement des systèmes pour la délivrance de médicaments (drug delivery) comme les nanoparticules de silice mésoporeuse utilisées comme nanocarriers pour la délivrance de gènes. Grâce à leur structure unique, les nanoparticules de silice ont fourni un support efficace pour la distribution d'agents thérapeutiques anti-cancéreux, réduisant les réponses inflammatoires, et par conséquent, améliorant le traitement du cancer. Les nanoparticules de silice possèdent une large gamme de tailles de particules, des volumes de pores contrôlables, une grande capacité de loading et de nombreux groupes silanol pour la fonctionnalisation de leur surface. Les nanoparticules de silice ont été largement utilisées pour la délivrance de médicaments (drug delivery). Les MSNPs ont généralement un diamètre de particule compris entre 50 et 300 nm et une distribution étroite de la taille des pores de l'ordre de 2 à 6 nm. Leur structure et leur morphologie sont contrôlables à l'échelle nanométrique et micrométrique, ce qui permet d'obtenir une surface et des volumes de pores élevés pour les MSNPs, ainsi qu’une grande capacité de transport. La capacité des MSNPs à transporter des charges a été démontrée avec un certain nombre de médicaments différents, dont l'ibuprofène, le diflunisal, le naproxène, le captopril, l'aspirine, la gentamycine, l'érythromycine et l'amoxicilline. L'internalisation ou la capacité de loading est importante car les nouveaux principes actifs sont souvent insolubles dans l'eau, et on estime qu'environ 95 % de toutes les nouvelles formes thérapeutiques potentielles ont une pharmacocinétique et biodisponibilité médiocres.

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Références

https://en.wikipedia.org/wiki/Silicon_dioxide
https://colloidalsilica.nouryon.com/colloidal-silica-facts-what-is-silica/
Inorganic Nanoparticles for Transdermal Drug Delivery and Topical Application, Nanoscience in Dermatology 2016, Pages 57-72
Mohsen Ghaferi, Maedeh Koohi Moftakhari Esfahani, Aun Raza, Sitah Al Harthi, Hasan Ebrahimi Shahmabadi & Seyed Ebrahim Alavi (2020) Mesoporous silica nanoparticles: synthesis methods and their therapeutic use-recent advances, Journal of Drug Targeting, DOI: 10.1080/1061186X.2020.1812614
Mohsen Ghaferi, Maedeh Koohi Moftakhari Esfahani, Aun Raza, Sitah Al Harthi, Hasan Ebrahimi Shahmabadi & Seyed Ebrahim Alavi (2020) Mesoporous silica nanoparticles: synthesis methods and their therapeutic use-recent advances, Journal of Drug Targeting, DOI: 10.1080/1061186X.2020.1812614
https://www.asasp.eu/index.php/about-silica/


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