Silanisation

La silanisation est un processus chimique permettant de recouvrir une surface avec des molécules d'alcoxysilane organofonctionnelles. Les surfaces minérales telles que le verre et lesoxydes métalliques peuvent toutes être silanisées, car elles abritent des groupes hydroxyle qui attaquent et déplacent les groupes alcoxy sur le silane, formant ainsi une liaison covalente -Si-O-Si-.

La silanisation (ou siliconisation) de la verrerie augmente son hydrophobicité et est utilisée dans la culture cellulaire pour réduire l'adhérence des cellules aux parois du flacon[1].

En plus des applications pour les revêtements et la science des matériaux, le processus de silanisation est également utilisé dans les domaines biomédicaux pour ancrer l'ADN aux substrats[2].

Propriétés

Les molécules d'alcoxysilane organofonctionnelles ont à la fois des propriétés organiques et inorganiques. Les surfaces silanisées sont généralement hydrophobes, mais leurs propriétés peuvent être ajustées en faisant varier les chaînes latérales du composé silane[3]. De nombreux composés silanes courants présentent des groupes alkyle (contenant uniquement du carbone et de l'hydrogène), qui sont plus apolaires que les groupes hydroxyle (-OH) de la surface non traitée, créant une surface plus hydrophobe.

Une fois la surface traitée, d'autres réactions peuvent être effectuées pour greffer des molécules dotées de propriétés telles que l'hydrophilie, l'hydrophobicité, l'autonettoyage, la photocatalyse, et autres, sur le substrat[4].

Processus

Le début de la silanisation consiste en l'activation du matériau souhaité afin d'en exposer les groupes hydroxyle (-OH) de surface. Le substrat ou matériau ainsi activé est ensuite placé dans une solution de silane, afin qu'il y réagisse. Les solutions de chlorosilanes sont souvent utilisées pour cela, en raison de leur extrême réactivité[5]. Le silane se lie alors à l'oxygène présent dans le groupe hydroxyle, produisant de l'acide chlorhydrique d'une part et une liaison Si-O stable d'autre part. Cette réaction se produit spontanément et aucun catalyseur n'est nécessaire[6].

Alcoxysilanes organofonctionnels

Les groupes alcoxy habituellement utilisés sont les groupes méthoxy (-OCH ₃ ) et éthoxy (-OCH ₂ CH ₃ ). Les alcoxysilanes organofonctionnels sont classés selon leurs fonctions organiques :

Aminosilanes

La fonction organique est ici une amine primaire ou secondaire :

APTES (3-aminopropyl)-triéthoxysilane CAS# 919-30-2

Formule développée du (3-aminopropyl)triéthoxysilane (APTES)

APDEMS (3-aminopropyl)-diéthoxy-méthylsilane
APDMES (3-aminopropyl)-diméthyl-éthoxysilane
APTMS (3-aminopropyl)-triméthoxysilane CAS# 13822-56-5

Glycidoxysilanes

La fonction organique est ici un époxyde :

GPMES (3-glycidoxypropyl)-diméthyl-éthoxysilane

Mercaptosilanes

La fonction organique est ici un thiol :

MPTMS (3-mercaptopropyl)-triméthoxysilane
MPDMS (3-mercaptopropyl)-méthyl-diméthoxysilane

Références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Silanization » (voir la liste des auteurs).

Seed, « APPENDIX 3E Silanizing Glassware », Current Protocols in Cell Biology,‎ mai 2001, A.3E.1 (DOI 10.1002/0471143030.cba03es08)
Labit, Goldar, Guilbaud et Douarche, « A simple and optimized method of producing silanized surfaces for FISH and replication mapping on combed DNA fibers », BioTechniques, vol. 45, n^o 6,‎ 1^er décembre 2008, p. 649–658 (ISSN 0736-6205, DOI 10.2144/000113002, lire en ligne)
(en) Brehm, Scheiger, Welle et Levkin, « Reversible Surface Wettability by Silanization », Advanced Materials Interfaces, vol. 7, n^o 12,‎ 2020, p. 1902134 (ISSN 2196-7350, DOI 10.1002/admi.201902134, lire en ligne)
(en) Zhao, Milanova, Warmoeskerken et Dutschk, « Surface modification of TiO2 nanoparticles with silane coupling agents », Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 25th Meeting of the European Colloid and Interface Society, vol. 413,‎ 5 novembre 2012, p. 273–279 (ISSN 0927-7757, DOI 10.1016/j.colsurfa.2011.11.033, lire en ligne)
Hair et Hertl, « Reactions of chlorosilanes with silica surfaces », The Journal of Physical Chemistry, vol. 73, n^o 7,‎ 1^er juillet 1969, p. 2372–2378 (ISSN 0022-3654, DOI 10.1021/j100727a046, lire en ligne)
Seed, « Silanizing glassware », Current Protocols in Cell Biology, vol. Appendix 3,‎ mai 2001, Appendix 3E (ISSN 1934-2616, PMID 18228287, DOI 10.1002/0471143030.cba03es08, lire en ligne)

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[1] Seed, « APPENDIX 3E Silanizing Glassware », Current Protocols in Cell Biology,‎ mai 2001, A.3E.1 (DOI 10.1002/0471143030.cba03es08)

[:2-2] Labit, Goldar, Guilbaud et Douarche, « A simple and optimized method of producing silanized surfaces for FISH and replication mapping on combed DNA fibers », BioTechniques, vol. 45, n^o 6,‎ 1^er décembre 2008, p. 649–658 (ISSN 0736-6205, DOI 10.2144/000113002, lire en ligne)

[:0-3] (en) Brehm, Scheiger, Welle et Levkin, « Reversible Surface Wettability by Silanization », Advanced Materials Interfaces, vol. 7, n^o 12,‎ 2020, p. 1902134 (ISSN 2196-7350, DOI 10.1002/admi.201902134, lire en ligne)

[:1-4] (en) Zhao, Milanova, Warmoeskerken et Dutschk, « Surface modification of TiO2 nanoparticles with silane coupling agents », Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 25th Meeting of the European Colloid and Interface Society, vol. 413,‎ 5 novembre 2012, p. 273–279 (ISSN 0927-7757, DOI 10.1016/j.colsurfa.2011.11.033, lire en ligne)

[:4-5] Hair et Hertl, « Reactions of chlorosilanes with silica surfaces », The Journal of Physical Chemistry, vol. 73, n^o 7,‎ 1^er juillet 1969, p. 2372–2378 (ISSN 0022-3654, DOI 10.1021/j100727a046, lire en ligne)

[:5-6] Seed, « Silanizing glassware », Current Protocols in Cell Biology, vol. Appendix 3,‎ mai 2001, Appendix 3E (ISSN 1934-2616, PMID 18228287, DOI 10.1002/0471143030.cba03es08, lire en ligne)