Microsphère - Définition

Introduction

Une microsphère est une petite particule de géométrie sphérique avec un diamètre de l'ordre du micromètre (entre 1 μm et 1 mm). Les microsphères sont parfois appelées « microparticules ».

Les microsphères sont obtenues à partir de différents matériaux naturels ou synthétiques. Des microsphères de verre, de polymères ou de céramique sont disponibles dans le commerce. Les microsphères peuvent être pleines ou creuses selon l'application à laquelle on les destine ; elles peuvent avoir, par conséquent, des densités très différentes. Généralement, les microsphères creuses sont utilisées pour alléger un matériau, tandis que les microsphères pleines ont de très nombreuses applications selon le matériau qui les compose et leur taille.

Microsphères polymères

Les microsphères de polyéthylène et de polystyrène sont les deux types les plus courants de microsphères de polymère.

Microsphères de polystyrène

Les microsphères de polystyrène sont couramment employées en biologie médicale car elles permettent de simplifier le tri de cellules ou l'immunoprécipitation. Les protéines et les ligands sont facilement absorbés sur le polystyrène, et de façon permanente, ce qui rend les microsphères de polystyrène précieuses pour la recherche médicale et l'expérimentation au laboratoire de biologie.

Microsphères de polyéthylène

Les microsphères de polyéthylène sont couramment employées comme agent de remplissage. Leur faible température de fusion permet aux microsphères de polyéthylène de créer des structures poreuses en céramique ou avec d'autres matériaux. Leur grande sphéricité et la diponibilité de microsphères colorées ou fluorescentes les rendent très utiles dans la visualisation des flux et l'étude de la mécanique des fluides, en microscopie, dans la recherche des dysfonctionnement de systèmes et dans de nombreuses applications en recherche. On utilise également des microsphères de polyéthylène chargées électriquement dans les affichages numériques à papier électronique.

Microsphères de céramique

Ces microsphères sont de types très différents en qualité, sphéricité, dimension et distribution de taille. Chaque application utilise une microsphère adaptée.

Microsphères de verre

Microsphères de verre

Les microsphères de verre sont principalement utilisées comme charge de remplissage ou de volume, pour réduire le poids de certains composés, comme charge renforçante de résines, comme éléments réfléchissants dans la peinture des routes, en cosmétique et dans les adhésifs. Il existe également quelques applications en technique médicale.

Protocellules biologiques

Certains scientifiques considèrent microsphères ou protocellules protéiques comme de petits grains sphériques qui pourraient être une étape clef de l'origine de la vie.

En 1953, Stanley Miller et Harold Urey démontrent que nombre de molécules biologiques pourraient se former spontanément à partir de précurseurs composés inorganiques dans des conditions de laboratoire sensées reproduire celles qui régnaient sur Terre avant le début de la vie. Le grand intérêt de cette expérience tient aux acides aminés obtenus en quantité substantielle, ceux-ci étant les composants des protéines.

En 1957, Sidney Fox montre qu'on peut faciliter la polymérisation de mélanges secs d'acides aminés par chauffage modéré. Ensuite, les polypeptides ou les protéinoïdes obtenus sont dissouts dans de l'eau chaude, puis on laisse la solution refroidir. Il se forme alors des petites coques sphériques (microsphères) de l'ordre de 2 μm de diamètre. Sous des conditions favorables, les microsphères vont « bourgeonner » et on voit apparaître de nouvelles sphères à leur surface.

Bien que se rapprochent en apparence des cellules biologiques, les microsphères ne sont pas vivantes. Bien qu'elles se reproduisent de manière asexuée par bourgeonnement, elle ne mettent pas en œuvre de matériel génétique. Pourtant, les microsphères ont pu jouer un rôle important dans le développement de la vie en fournissant une membrane fermée semblable à celle d'une cellule. Les microsphères, de la même façon que les cellules, peuvent grossir et comporte une double membrane qui permet la diffusion de substances et l'osmose. Sydney Fox pose l'hypothèse que si ces microsphères deviennent plus complexes elles peuvent assurer des fonctions plus proches de la vie. Elles pourraient devenir hétérotrophes, c'est-à-dire des organismes susceptibles de tirer leurs nutriments du milieu extérieur pour assurer leur croissance et leurs besoins énergétiques. Comme, avec le temps, les nutriments du milieu extérieur se font plus rares, la compétition pour se nourrir devient plus rude. Les organismes hétérotrophes qui utilisent les réactions biochimiques les plus complexes auront un avantage dans cette lutte. Ce sont les organismes qui auront développé l'usage de la photosynthèse comme source d'énergie qui se développeront.