Visualiser la congélation d’émulsions en 5 dimensions grâce à la microscopie confocale

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Particules, gouttes, bulles, cellules… Observer leur congélation lorsqu’elles sont en suspension reste difficile. Lors de la solidification, des interactions complexes et encore mal comprises se mettent en place, contrôlant la microstructure finale des matériaux solidifiés. Dans Science, des chercheurs du Laboratoire de synthèse et fonctionnalisation des céramiques (CNRS/Saint-Gobain CREE) et du laboratoire Sciences et ingénierie de la matière molle (CNRS/ESPCI Paris/PSL Research University/Sorbonne Université) montrent qu’il est possible d’utiliser la microscopie confocale pour étudier ces interactions in situ et que la présence de tensioactif joue un rôle essentiel dans l’interaction goutte/cristal de glace. Ce qui répondrait à des questions posées en biologie avec la cryopréservation des cellules ou en métallurgie, notamment.

Étudier le comportement d’objets en suspension – comme des particules céramiques ajoutées à un alliage métallique – pendant la solidification est une prouesse. En effet, les objets sont souvent petits (quelques microns), les cristaux poussent vite (quelques microns par seconde) et les températures sont parfois élevées. Des chercheurs du Laboratoire de synthèse et fonctionnalisation des céramiques (CNRS/Saint-Gobain CREE) et du laboratoire Sciences et Ingénierie de la Matière Molle (CNRS/ESPCI Paris/Sorbonne Université) prouvent qu’il est possible d’utiliser la microscopie confocale pour étudier in situ l’interaction entre les gouttelettes d’huile et les cristaux de glace en 5 dimensions : 3 dimensions d’espace, le temps et une quantification de la concentration en soluté (ici, un tensioactif). Des solutés sont en effet souvent ajoutés pour améliorer le succès des protocoles de cryopréservation, par exemple.

Les chercheurs ont pu suivre la redistribution des gouttelettes d’huile et du tensioactif pendant la congélation et mettre en évidence le rôle essentiel du tensioactif : celui-ci induit des interactions à longue distance entre les gouttelettes et le front de solidification et ces interactions contrôlent la répartition des gouttelettes dans la glace.

Les émulsions se révèlent être un modèle pour comprendre la structuration d’alliages métalliques renforcés par des particules ou les effets de soluté lors de la cryopréservation des cellules reproductrices ou sanguines. De plus, l’approche permet d’analyser le comportement de plusieurs centaines d’objets, ce qui fournit des statistiques remarquables.

 

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Observation par microscopie confocale de la congélation d’émulsion. Il est ainsi possible d’observer la déstabilisation en gouttelettes de films liquides entre les cristaux (gauche) ou la formation d’agrégats de gouttelettes lorsque celles-ci sont rejetées par la glace pendant suffisamment longtemps (droite).

©Dmytro Dedovets et Sylvain Deville

 

 

 

Références

Dmytro Dedovets, Cécile Monteux, Sylvain Deville
Five-dimensional imaging of freezing emulsions with solute effects
Science – Avril 2018
DOI : 10.1126/science.aar4503 

Contact

Sylvain Deville
Sophie Félix
Chargée de communication
Stéphanie Younès
Responsable Communication
Christophe Cartier dit Moulin
INC & Institut parisien de chimie moléculaire