Cette étude traite de la question de l’interaction des NPs avec les constituants de l’environnement, et comment celles-ci peuvent affecter le devenir et l’impact des NPs sur le biota. Les interactions de NPs de charge et taille variable (TiO2 NPs, analogues de celles typiquement relarguées des crèmes solaires, et Au NPs modèles) avec un polysaccharide pure YAS34 analogue de gel bactérien été étudié.Le relargage de NPs de TiO2 d’une crème solaire typique pendant sont altération en milieu aqueux a d’abord été étudié. Puis les interactions entre les NPs et le polysaccharide bactérien été étudié (1) en condition de suspension diluée, (2) par déposition sur la surface du gel en comparaison avec une surface de collecteur minérale de SiO2, et (3) en mesurant le transfert des nanoparticules à travers le gel. Des conditions favorables ou défavorables pour l’attachement des NPs au polysaccharide ont été préparées en sélectionnant un pH et un coating de NP.Sous conditions favorables, les NPs tendent à s’hétéroagréger avec le polysaccharide en suspension, et la déposition des NPs est influencée par les conditions physicochimiques. Elle est dépendante des interactions électrostatiques avec le collecteur, est aussi des interactions entre les NPs voisines.De manière surprenante, en conditions défavorables, des faibles interactions attractives sont encore mises en évidence en suspension et sur le collecteur, que nous avons attribuées comme étant dues au coating organique des NP qui entre en compétition avec le polysaccharide.Enfin, le transfert des NPs à travers le gel était favorisé en conditions de répulsions électrostatiques et affecté par la taille des NPs et le pH de la solution

The mobility and fate of manufactured nanoparticles (NPs) in the environment drive the exposure behaviour. This study deals with the question on how NPs interact with environmental components, and how this interaction may alter the NPs fate and impact on the biota. We investigated the interaction of variably charged and sized NPs (TiO2 NPs, as analogues of those typically released from sunscreen, and Au NPs as models) with pure polysaccharide YAS34 as analogue of bacterial gels. The release of TiO2 NPs from a typical sunscreen under aqueous aging was first studied. The interaction between NPs and the bacterial polysaccharide was studied (1) in diluted suspension conditions, (2) by deposition on the gel surface as compared to a bare SiO2 mineral collector, and (3) by measuring the NPs transfer through the gel. Favorable and unfavorable conditions for NPs attachment to the polysaccharide were prepared by selecting appropriate pH and NPs coating.Under favorable conditions, the NPs tended to heteroaggregate with the EPS in suspension, leading to their partial sedimentation. On the EPS substrate, the NPs deposition was influenced by the physicochemical conditions. The NPs deposition is driven by electrostatic interactions with the collector and is also affected by the interactions between the neighbouring NPs. Surprisingly, under unfavourable conditions,…

77 p. ; ill. ; 30 cm

Les nanomatériaux Fe80Ni20 ont été intensivement étudiés ces dernières années en raison de leurs propriétés magnétiques remarquables. Nous avons élaboré des poudres nanostructurées de Fe80Ni20 à l'aide du vario broyeur planétaire pulverisette de fritsch le P4, pour des temps de broyage allant de 3 à 25 h. L'étude des propriétés structurales a été faite par la Diffraction des Rayons X (DRX), elle a mit en évidence la formation de la solution solide à partir de 6 h de broyage, et sa formation total à 10 h de broyage. La taille des grains minimale obtenue était de 11 nm pour 25 h de broyage. La morphologie des poudres a été suivie à l'aide d'un microscope électronique à balayage (MEB) et des cartographies par EDX des éléments Fe et Ni, ont confirmé la formation du composé Fe80Ni20 à partir de 10 h de broyage. La spectroscopie MÀssbauer a mis en évidence la formation de l'alliage Fe80Ni20 à partir de 3 h de broyage avec un champ magnétique hyperfin de 33.55 T. A partir de 10 h de broyage, nous avons détecté la composante joints de grains ayant un champ magnétique hyperfin de 31.17 T dont l'intensité augmente avec l'augmentation du temps de broyage

77 p. ; ill. ; 30 cm

Les nanomatériaux Fe80Ni20 ont été intensivement étudiés ces dernières années en raison de leurs propriétés magnétiques remarquables. Nous avons élaboré des poudres nanostructurées de Fe80Ni20 à l'aide du vario broyeur planétaire pulverisette de fritsch le P4, pour des temps de broyage allant de 3 à 25 h. L'étude des propriétés structurales a été faite par la Diffraction des Rayons X (DRX), elle a mit en évidence la formation de la solution solide à partir de 6 h de broyage, et sa formation total à 10 h de broyage. La taille des grains minimale obtenue était de 11 nm pour 25 h de broyage. La morphologie des poudres a été suivie à l'aide d'un microscope électronique à balayage (MEB) et des cartographies par EDX des éléments Fe et Ni, ont confirmé la formation du composé Fe80Ni20 à partir de 10 h de broyage. La spectroscopie MÀssbauer a mis en évidence la formation de l'alliage Fe80Ni20 à partir de 3 h de broyage avec un champ magnétique hyperfin de 33.55 T. A partir de 10 h de broyage, nous avons détecté la composante joints de grains ayant un champ magnétique hyperfin de 31.17 T dont l'intensité augmente avec l'augmentation du temps de broyage

L’hydrogénation du monoxyde et du dioxyde de de carbone permet la valorisation du gaz de synthèse issu des ressources fossiles et renouvelables. Cette thèse porte sur la conception de nouveaux catalyseurs pour la synthèse d’alcools et d’oléfines à partir du monoxyde et du dioxyde de carbone. Les caractérisations ont démontré la formation de particules bimétalliques CoCu dans les catalyseurs mixtes à base de cobalt et de cuivre réduits et l’enrichissement de la surface externe par le cuivre. Ces particules bimétalliques contiennent probablement les sites actifs pour la synthèse d’alcools à partir du gaz de synthèse. Les supports (SiO2, Al2O3 et nanotubes de carbone), ainsi que certains promoteurs, le fer en particulier, ont aussi une très forte influence sur les performances des catalyseurs. La promotion avec le fer permet aussi d’augmenter la productivité des catalyseurs à base de Rh pour la synthèse d’éthanol. La formation d’interfaces entre le fer et le rhodium améliore la sélectivité de cette réaction en éthanol. La conversion du monoxyde de carbone dépend principalement de la dispersion du rhodium. Les catalyseurs Fe/ZrO2 promus par le potassium ont montré une sélectivité très importante pour la synthèse d’oléfines à partir du dioxyde de carbone. Cette augmentation de la sélectivité a été attribuée à la synergie entre le fer oxydé et les espèces Fe0/χFe5C2 qui interviennent dans cette réaction.

Catalytic hydrogenation of carbon monoxide and carbon dioxide leads to valorisation of syngas which can be produced from fossil and renewable resources. This thesis addresses design of new catalysts for synthesis of alcohols and olefins from syngas containing carbon monoxide and carbon dioxide. Catalyst characterization has demonstrated formation of bimetallic particles in copper-cobalt mixed supported catalysts and enrichment of metallic particles with copper on the outer surface in the reduced catalysts. Comparison with catalytic data suggests that these bimetallic particles probably contain the active sites for the synthesis of alcohols from syngas. The supports (SiO2, Al2O3 and carbon nanotubes), and some promoters, especially iron, also have a very strong influence on the catalyst performance. Promotion with iron also increases productivity of Rh catalysts in the synthesis of ethanol from syngas. The formation of interfaces between the iron and rhodium seems to improve the selectivity of this reaction to ethanol, while carbon monoxide conversion principally depends on rhodium dispersion. The Fe/ZrO2 catalysts promoted with potassium showed a very important selectivity for the synthesis of olefins from carbon dioxide. This increase in selectivity was attributed to the synergy between iron and oxidized species Fe0/χ-Fe5C2 which are involved in this reaction.

138 p. :ill.; 30 cm

L'objectif du présent travail est la synthèse et caractérisation des nanocomposites polymères conducteurs (transducteurs partie sensible de biocapteurs) à base de poly(aniline) dopée par un acide solide (zéolithe HY) greffé avec différents

Utilisation de nanoparticules pour délivrer des protéines dans les épithéliums respiratoires. Caractérisation des mécanismes impliqués. L’administration de médicaments par les voies respiratoires humaines est un domaine de la recherche en pleine expansion. Un effort croissant est porté sur le développement de systèmes innovants capables d’échapper aux mécanismes de clairance des voies respiratoires, d’améliorer la biodisponibilité des molécules d’intérêt, leur absorption dans la muqueuse et leur efficacité thérapeutique. Dans ce contexte, le but de ce travail était d’évaluer le potentiel de nanoparticules polysaccharidiques cationiques et poreuses (NP+) comme vecteurs de protéines à travers les voies respiratoires humaines. Les NP+ sont utilisées avec succès in vivo, comme vecteurs mucosaux dans de nombreuses applications telles que la vaccination, l’allergie, la thérapie anticancéreuse et la délivrance de molécules thérapeutiques. Cependant, les mécanismes d’interaction de ces nanoparticules avec les cellules épithéliales des voies respiratoires sont peu connus. Nous avons étudié l’endocytose, l’exocytose et la localisation intracellulaire de ces nanoparticules dans des cellules épithéliales bronchiques humaines. Leur toxicité a été évaluée sur ces cellules et plus particulièrement leur cytotoxicité et leur génotoxicité. Enfin, nous avons étudié et caractérisé les mécanismes de délivrance intracellulaire de protéines par ces nanoparticules et l’influence de leur composition interne sur ces mécanismes. Nos travaux montrent une endocytose rapide des NP+ par la voie des clathrines, ainsi qu’une importante exocytose par des mécanismes dépendant du cholestérol. Elles sont localisées dans les vésicules de clathrines, les endosomes précoces et pas dans les endosomes tardifs, ni dans les lysosomes. De manière ces nanoparticules s’associent quantitativement aux protéines et augmentent leur délivrance intracellulaire, tout en les protégeant de l’hydrolyse enzymatique à pH physiologique. De plus, la présence de lipides anioniques dans leur structure interne influence significativement les mécanismes d’interactions avec les cellules et de délivrance intracellulaire de protéines. Enfin, les études de toxicité ne montrent aucune cytotoxicité ni génotoxicité à des concentrations < 326 µg/cm2. Ces concentrations sont toutefois très élevées et difficilement atteignables in vivo. En conclusion, les NP+ ne sont pas toxiques sur les cellules épithéliales des voies respiratoires, elles interagissant fortement avec celles-ci et augmentent significativement la délivrance de protéines. Ce travail souligne l’intérêt de développer ce type de nanoparticules pour la délivrance de molécules d’intérêt pharmaceutique à travers les voies respiratoires humaines.

Drug delivery through the human respiratory tract is a promising field under investigation. A growing effort is focused on developing innovative delivery systems able to escape the clearance mechanisms of the respiratory tract, to improve molecules bioavailability, their absorption and…

Cette thèse s’intéresse à la synthèse et à l’étude des propriétés de nanoparticules organiques photochromes d’Hexaarylbiimidazoles (HABIs) pontés. Deux voies de synthèse ont été envisagées. La photofragmentation laser (I), pour laquelle la réaction photochrome a lieu conjointement à la fragmentation de la matière, et la méthode de reprecipitation (II) qui ne nécessite pas d’irradiation lumineuse. La photodynamique des HABIs pontés a été pour la première fois déterminée à l’aide des techniques de spectroscopies électronique (UV-visible) et vibrationnelle (IR) d’absorption transitoire aux échelles femtoseconde et nanoseconde. Les espèces transitoires impliquées ont été caractérisées par une approche chimiométrique de résolution de courbes multivariées. Celle-ci a été adaptée afin de prendre en compte la spécificité des signaux transitoire tels que les processus de relaxation vibrationnelle. Pour les nanoparticules synthétisées par (I), nous avons observé : i) une photodissociation et une augmentation de la distance entre les groupes imidazoles en 210 fs, ii) une rotation partielle des groupes imidazoles en 5 ps, iii) une relaxation lente en environ 200 ps et iv) un retour thermique rapide (≈ 800 µs contre 300 ms en solution). Par contre, pour les nanoparticules formées par (II), le temps de retour thermique est comparable à celui observé en solution. Cela suggère que la photofragmentation induit un réarrangement des molécules au sein des nanoparticules avec une géométrie spécifique de type monocristal. Cette hypothèse est discutée sur la base de calculs de chimie théorique et par comparaison des propriétés des HABIs en solution et à l’état de solide polycristallin.

This work deals with the study of photochromic organic nanoparticles of bridged-Hexaarylbiimidazoles (HABIs) molecules. Two synthesis paths were proposed. On the one hand, laser photofragmentation (I) for which photochromic reaction and matter fragmentation occur simultaneously. On the other hand, the reprecipitation method (II) does not involve light excitation. The photodynamics of bridged-HABIs has been characterized for the first time using electronic (UV – visible) and vibrational (IR) transient absorption spectroscopy in femtosecond and nanosecond time scale. Transient spectra were analyzed by a chemometric approach based on multivariate curve resolution. The algorithm was adapted to deal with specific signals such as vibrational relaxation processes. For nanoparticles synthesized with (I), we report: i) a photo-dissociation and an increase of the distance between imidazole groups within 210 fs, ii) a partial rotation of the former in 5 ps, iii) a slow relaxation in about 200 ps and iv) a fast thermal back reaction (≈ 800 µs compare to 300 ms in solution). However, for nanoparticles synthesized by (II), the thermal back reaction is similar to the one reported in solution. This suggests that photofragmentation induces a molecular rearrangement with a specific geometry as observed in single crystal. This hypothesis is discussed on the basis of…

L’objectif est d’étudier par la méthode d’échange ionique à l’argent de verres silicatés la coloration induite etla réalisation de guides d’ondes planaires. Deux méthodes de modélisation de l’échange ionique sont présentées pour évaluer les paramètres de l’échange qui sont le coefficient de diffusion, la forme du profil et la mobilité des ions. Cette technique purement thermique permet la réalisation de guides d’onde à gradient d’indice, l’ajout d’un champ électrique permet d’obtenir un profil à saut d’indice. Différentes compositions de verre sont étudiées dans le but de déterminer la variation d’indice induite par la polarisabilité de l’ion argent plus forte que les ions sodium ou lithium initialement présents dans les verres. A la suite de l’échange ionique, un recuit peut être effectué dans le but de précipiter l’argent en nanoparticules métalliques qui possèdent des propriétés d’absorption intéressantes permettant de colorer les verres : la résonance plasmon de surface (RPS). Le mécanisme de formation de ces nanoparticules dépend de la température et de l’effet redox de l’environnement. L’irradiation effectuée par un laser pulsé nanoseconde des verres échangés permet la précipitation locale des nanoagrégats d’argent à la surface des verres. L’irradiation pulsée en régime femtoseconde permet une interaction dans le volume du verre, soit avec des nanoparticules déjà présentes dans le but de modifier la couleur localement, soit avec des verres échangés dans lequel des défauts sont générés pour ensuite favoriser la formation de nanoparticules par recuit. La modélisation de la résonance plasmon de surface effectuée permet d’évaluer le mécanisme de croissance des nanoparticules dans les verres. Les méthodes de caractérisation utilisées sont la microscopie électronique à balayage, la microscopie électronique en transmission, la spectrophotométrie UV/Visible, la photoluminescence et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier.

The main purpose is to study by the method of silver ionic exchange of silicate glasses the induced coloring and the realization of planar waveguides.Two methods of modelization of Ionic exchange are presented to estimate the exchange parameters which are diffusion coefficient, profile’s shape and ions mobility. This purely thermal method allows the realization of graded index waveguide, the addition of an electric field allows to obtain a step index profile. Various glass compositions are studied with the aim of determining the index variation induced by a polarizability of silver ions stronger than those of sodium/lithium ions initially contained in glasses. Following the Ionic exchange, an annealing can be made with the aim of precipitating silver in metallic nanoparticles which possess interesting properties of absorption allowing to color glasses : the Surface Plasmon Resonance (SPR). The nanoparticles formation mechanism depends on temperature and on redox effect of the medium. The irradiation made with a pulsed laser in nanosecond regime of exchanged glasses allows the local…

La thèse concerne les aspects inorganiques de la réaction des alcynes terminaux avec les azotures, la principale des réactions dites ”click”. La catalyse de cette réaction par des dendrimères centrés sur le cuivre (I) nous a permis de mettre en évidence des effets dendritiques originaux. Les assemblages dendritiques et polymériques fonctionnels réalisés à l’aide cette réaction “click”, en particulier avec des carboranes, nous ont conduits à la stabilisation de nanoparticules d’or et de palladium à partirde cations coordonnés aux triazoles “click”. La catalyse très efficace dans aqueux milieu et dans les conditions ambiantes de formation de liaison carbone-carbone a été réalisée à l’aide de très faibles quantités de ces nanoparticulesde palladium stabilisées.

The thesis concerns aspects of inorganic reaction between organic azides and terminal alkynes, the main “click” reactions. Catalysis of this reaction by copper (I)-centered dendrimers allowed us to highlight the dendritic effects originals. The dendritic and polymeric functional assemblies produced using the "click" reaction, especially with carboranes, led us to the stabilization of gold nanoparticles and palladium from cation-coordinated "click" triazole. The highly efficient catalysis in aqueous medium under ambient conditions of formation of carbon-carbon was carried out using very small amounts of stabilized palladium nanoparticles.

Les trois dernières décennies ont vu l’émergence de l’électronique organique ainsi que son établissement en tant que domaine scientifique interdisciplinaire et dans notre vie quotidienne. On dénombre actuellement deux défis scientifiques majeurs dans ce domaine. Le premier est de s’attacher à augmenter l’efficacité des dispositifs par l’utilisation de nouveaux matériaux, plutôt le deuxième consiste en l’intégration de fonctionnalités multiples un seul dispositif. Atteindre ces objectifs nécessite la compréhension des mécanismes fondamentaux de la physico-chimie, gouvernants les propriétés de base de l’électronique organique tels l’injection ou le transfert de charge et le transport. Ces travaux de thèse rapport le développement de systèmes complexes, auto assemblés, dont les propriétés électriques et optiques au sein de dispositifs organo-électroniques peuvent être modulées en réponse aux stimuli extérieurs. Ce but a été obtenu par le développement des briques élémentaires et par l’étude de leurs propriétés physico-chimiques afin de modéliser tous les mécanismes impliqués.

In the last three decades Organic Electronics emerged and established itself as an interdisciplinary field of science and as part of our daily life. Presently, the greatest scientific challenges in this field of research are two: the former relies on the improvement of devices efficiency which can be accomplished by using new materials, whereas the latter consist in the integration of multiple functionalities in a single device. To accomplish these goals one needs to develop a deep understanding on the fundamental physical-chemistry ruling the properties which are on the basis of organic electronics such as charge injection, charge transfer and transport. This PhD project reports the developing of efficient multicomponent electroactive self-assembled systems whose electro- and optical properties can be modulated, in devices, as a response to multiple external and independent stimuli. This goal has been achieved by engineering of the proper building blocks and the study of the the physico-chemical properties to be able to model all the mechanisms involved.

La médecine se dirige de plus en plus vers des traitements personnalisés. Pour répondre à cela, les équipes de recherche ont développé des objets permettant de diagnostiquer et de soigner dans un temps restreint. Ceci a conduit à l’émergence d’un nouveau domaine : la théranostique (thérapie et diagnostic). Les nanoparticules sont une des réponses à ces problématiques. La mise au point de ces objets nécessite de maitriser parfaitement la taille, la morphologie et la composition chimique des particules. Les analogues de bleu de Prusse sont des polymères de coordination à ponts cyanures cristallins qui ont beaucoup été étudiés pour leurs propriétés magnétiques mais également pour des applications médicales. La taille nanométrique, la porosité de la structure, la présence de molécules d’eau et une grande versatilité chimique font de ces matériaux des candidats prometteurs pour un développement en tant qu’agent de contraste pour l’IRM. Ce réseau a également montré ces capacités en hyperthermie photoassistée. L’élaboration de nanoparticules de bleu de Prusse dopées par du GdIII ou du MnII et les études de leurs propriétés structurales et chimiques font partie des aspects développés au cours de ce travail de thèse. Les performances en relaxivité et en hyperthermie photoassistée ont pu être évaluées. Afin de mener des expériences in vivo, le comportement des objets dans les milieux adaptés a été exploré, ce qui a permis d’initier l’émergence d’un système optimal. Au cours de cette thèse, la stabilisation de colloïdes de polymères ide coordination incluant des ions PtII et PdII de type « cyanosols », ont été développés pour être notamment évalués en tant que radio-sensibilisateur en hadronthérapie. Ces objets amorphes permettent d’envisager de nombreuses combinaisons. Après la mise au point du protocole de synthèse, les caractérisations chimiques (taille, structure et compositions) ont permis de mettre en avant plusieurs systèmes à base de platine et de fer ainsi que de platine et d’or qui feront l’objet d’étude pour l’hadronthérapie. L’objectif est de faire de ces nouveaux polymères de coordination des nanoplateformes théranostiques alliant IRM et hadronthérapie.

Personal medicine is the future to treat cancer. To address this concern, researchers started to develop objects which can be effective for both diagnostic and treatment in a short time. A new domain has emerged: theranostic (therapy and diagnostic). Nanoparticles are a promising answer to this problematic. Synthesizing these objects implies to control size, morphology and chemical composition of the particles. Prussian blue analogues are coordination polymers with cyanide bridges which are considerable studied for their magnetic properties, but also for medical application. The size (nanometric), the porosity, the presence of water molecules and the high chemical versatility are the key argument to make Prussian blue good candidates as contrast agent for MRI. This network is also effective for photothermal therapy. Synthesis of Prussian blue doped with GdIII or…

Ce travail concerne le dopage par des ions actifs et/ou des nanoparticules (NPs) semi-conductrices de CdS et la caractérisation de xérogels de SiO2 poreux obtenus par voie sol-gel. Le but de cette étude est de contribuer à la compréhension de l'effet du dopage sur les propriétés structurales, texturales et optiques du matériau final. Nous avons montré par spectroscopie Raman et absorption-désorption d'azote que l'incorporation d'ions actifs, tels que Cd2+, Pb2+ ou Eu3+, modifie les cinétiques et les mécanismes de la gélification et la densification du réseau de SiO2. La nature même de ces modifications est fonction de la concentration en ions dopants. Dans le cas de l'ion Eu3+, l'analyse a été complétée par la spectroscopie d'émission utilisant cet ion comme sonde luminescente. Des xérogels de SiO2 ont aussi été post-dopés avec des NPs de CdS. La méthode consiste à diffuser dans la matrice poreuse une solution aqueuse contenant les précurseurs de cadmium et du soufre. Les NPs cristallisent ensuite in situ de manière homogène sous traitement thermique. Les spectroscopies d'absorption UV-visible, d'émission et d'excitation ont montré l'influence des niveaux pièges liés à des défauts de surface des NPs sur leurs propriétés optiques et ont mis en évidence un transfert d'énergie lors du co-dopage de SiO2 par CdS :Eu3+. Une deuxième technique de croissance cristalline a été utilisée. Elle consiste à irradier, par un faisceau laser pulsé, les matrices sol-gel contenant les précurseurs de CdS pour former localement des microstructures de NPs. Nous montrons notamment que l'absorption à deux photons permet d'envisager la structuration à l'échelle submicronique des NPs de CdS.

This work concerns the elaboration by sol-gel process and the characterization of porous SiO2 xerogels doped with active ions and/or with semiconducting nanoparticles of CdS. The aim of the study was to contribute to the comprehension of the doping effects on structural and optical properties of the final material. We showed by Raman spectroscopy and nitrogen absorption-desorption that the insertion of active ions, such as Cd2+, Pb2+ or Eu3+, changes the kinetics and the mechanisms of the gelation and densification of the network of SiO2. The choices of the pH and of the concentration of the doping ion have distinct effects on the kinetics. This study was completed by emission spectroscopy using Eu3+ ion as luminescent probe to describe the environment of this ion in the porous matrix. The SiO2 xerogels were post-doped with CdS nanoparticles. The post-doping technique consists in the diffusion of an aqueous solution containing cadmium and sulphur precursors in the porous matrix. The nanoparticles crystallize in situ by heat treatment. The nanoparticle size and their emission properties were determined by UVvisible absorption as well as emission and excitation spectroscopies. The results showed the influence on optical properties of trap levels introduced by the surface defects of nanoparticles and an enhancement of the Eu3+ emission in SiO2 xerogel…

Depuis quelques années, notre laboratoire développe des nanoparticules lipidiques bicompartimentées originales produites par homogénéisation haute pression, un procédé transposable à grande échelle, à partir d’excipients pharmaceutiques validés par différentes pharmacopées (Eur., USP, JP). Ces particules appartiennent ainsi à la famille des nano-objets Janus puisqu’elles sont organisées en deux sous-structures juxtaposées : une moitié est constituée d’une gouttelette huileuse alors que l’autre moitié est composée d’une structure vésiculaire et renferme un cœur aqueux délimité par une bicouche phospholipidique. En plus de la biocompatibilité intrinsèque des lipides constituants, un tel système représente un outil potentiellement très intéressant et valorisable du point de vue pharmaceutique et biomédical capable d’incorporer séparément et de co-véhiculer des substances hydrophiles et lipophiles aux activités distinctes, par exemple un agent d’imagerie médical et un principe actif pour coupler diagnostique et thérapie. Ici, nous nous sommes intéressés à charger les nanoparticules Janus avec un fluide magnétique composé de nanocristaux d’oxyde de fer (ferrofluide, FF), actif en tant qu’agent de contraste efficace en IRM, étant magnétiquement contrôlable et permettant d’envisager un traitement par hyperthermie. Tour à tour, des FF hydrophiles ou lipophiles compatibles avec le procédé de production ont été développés en étudiant différentes voies de stabilisation des nanocristaux en fonction du compartiment d’encapsulation.

In recent years, our team has developed original compartmented lipid nanometer-sized particles produced by high pressure homogenization, a scalable process, with pharmaceutically approved excipients. The particles actually belong to the family of Janus nano-objects as they are organized in two juxtaposed substructures : one half is a droplet of liquid-state lipids while the other half is vesicle-like and encloses an aqueous core delimited by a phospholipid-containing bilayer shell. Added to the intrinsic biocompatibility of the constituting lipids, such a system provides a potentially very valuable tool in pharmaceutical and biomedical fields, able to separately incorporate and co-convey hydrophilic and lipophilic substances with distinct activities, for example, a medical imaging agent and a drug for coupling diagnosis and therapy. Here, we are interested in loading Janus nanoparticles with a magnetic fluid composed of superparamagnetic iron oxide nanocrystals (ferrofluid, FF), indeed as efficient contrast agent for MRI, being magnetically targetable and providing ability for hyperthermia treatment. Alternately, hydrophilic or lipophilic FF compatible with the production process have been developed by investigating different stabilization pathways of the nanocrystals depending on the encapsulation compartment.

Des zéolithes de type BETA stabilisées sous forme de suspension colloïdale ont été fonctionalisées par la formation de nanoparticules d’argent confinées dans le volume microporeux. L’argent a été introduit dans la charpente zéolithique par échange ionique, puis les nanoparticules d’argent ont été formées par réduction chimique au moyen de la triéthyleamine. L’étude a portée sur deux types d’échantillons, 1Ag-BEA et 2AgBEA, se différentiant l’un de l’autre par le rapport Si:Al de la charpente zéolithique, égale à 12 et 8.5, respectivement. Un protocole pour la préparation de nanoparticules d’argent stables dans les zéolithes BETA a été établit. Les matériaux obtenus ont été caractérisés par ICP, diffraction X, thermogravimétrie, microscopie électronique à balayage et microscopie électronique à transmission (HRTEM). Les spectres d’absorption UV-Vis des suspensions colloidales, et les images HRTEM confirment la formation de nanoparticules d’argent de taille sub-nanométrique confinées dans les nanocristaux de zéolithe. La réponse plasmonique ultrarapide des suspensions colloïdales a été étudiée par spectroscopie d’absorption transitoire femtoseconde. Les spectres d’absorption transitoires ont été mesurés après excitation par une impulsion laser de 100 fs, à 400 nm. L’analyse des spectres d’absorptions a permis d’identifier les différentes étapes de la relaxation des électrons chauds formées par absorption de l’énergie lumineuse dans la bande de conduction. La dynamique du couplage électron-phonon a été étudiée, et analysée dans le cadre du modèle à deux températures (TTM). L’analyse des résultats montre qu’une partie importante de l’énergie initialement injectée ne relaxe pas vers le réseau de phonon de la nanoparticule. Finalement, la réactivité de ces matériaux vis-à-vis du monoxyde de carbone a été caractérisée par spectroscopie FT-IR in-situ. Ces mesures ont permis notamment de confirmer la dispersion des nanoparticules d’argent dans la matrice. Ce résultat est important en vue d’application de ces matériaux dans le domaine de la plasmonique chimique.

BEA-type zeolites stabilized in colloidal suspensions were functionalized with silver nanoparticles confined in their microporous volume. Silver was introduced into the zeolitic framework by ion-exchange. Silver nanoparticles were then formed via chemical reduction using triethylamine as a reducing agent. The study was performed on two samples: 1Ag-BEA and 2Ag-BEA, having different Si : Al ratio of 12 and 8.5, respectively. A protocol for the preparation of stabilized silver nanoparticles in BEA zeolite was established. The prepared silver-containing BEA suspensions were characterized by ICP, X-ray diffraction, thermogravimetry, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy (HRTEM). The UV-vis absorption spectra of the colloidal suspensions and the HRTEM pictures reveal the formation of ultra-small silver nanoparticles confined in the zeolite nanocrystals. The ultra-fast plasmonic response of the colloidal suspensions was investigated by using…

L'objectif de cette étude est de développer des « outils vecteur d'ADN » à base de polymères. Les nanoparticules développées ont été formulées par nanoprécipitation ou par double émulsion et évaporation de solvant, et on été caractérisées physicochimiquement comprenant la détermination de la taille, le potentiel zêta et la quantité d'ADN adsorbée à leur surface. La cytotoxicité et l'efficacité de transfection des différents vecteurs d'ADN ont été étudiées sur différentes lignées cellulaires. Pour améliorer le franchissement des membranes cellulaires, la technique d'internalisation photochimique a été utilisée. L'association des vecteurs à cette méthodologie n'a pas atteint les résultats escomptés, les vecteurs synthétisés représentent à nos yeux une alternative prometteuse en thérapie génique pour élaborer des outils stables, efficaces pour le transport d'acides nucléiques dans les cellules et utilisables directement au chevet du patient

The aim of this study is to develop non-viral delivery systems for DNA. Nanoparticles were prepared by using nanoprecipitation and double emulsion methods. The nanoparticles were characterized physicochemical. Cytotoxicity and transfection efficiency of nanoparticles were performed in different cell lines. Cytotoxicity tests based on mitochondrial activity revealed that all type of nanoparticles had limited cytotoxicity, but depending on both the cell type and the nanoparticles concentration. In order to increase transfection efficiency, photochemical internalization was used to improve endosomal release of nanoparticles. All the results revealed the difficulty to elaborate an efficient DNA vector presenting a low cytotoxicity

La première partie du travail de thèse a été l’étude de nanoparticules organiques (NPFs) de BODIPY de forte brillance (plus de 5000 molécules encapsulées). Des expériences par fluorescence résolue en temps ont permis de déterminer la présence d’agrégats non fluorescents et d’excimères (temps de vie de 1,8 ns). D’autre part, des expériences d’anisotropie de fluorescence résolue en temps et de spectroscopie d’absorption transitoire femtoseconde ont révélé l’existence de transferts d’énergie ultrarapides et efficaces, migration intermoléculaire (< 25 ps) et annihilation singulet-singulet (< 2 ps). Enfin, le suivi de l’émission des NPFs par spectroscopie de particules uniques a permis d’observer leur clignotement à l’échelle de la centaine de millisecondes. Cependant, due à une trop forte densité de molécules émissives, aucune extinction totale de fluorescence (état OFF) n’a été observée. L’absence d’état OFF ne permettant pas l’utilisation d’une méthode de localisation de molécules uniques, la deuxième partie du travail a concerné le développement d’une méthode de traitement des données d’imagerie de fluorescence de molécules uniques possédant une forte densité de molécules émissives. Cette méthode (MAPPIX, MAPping Pixel dissimilarity) utilise la fluctuation d’intensité de l’émission de fluorescence des sondes au cours du temps et est basée sur un calcul de dissimilarité. Les résultats obtenus sur des données simulées et des images réelles se sont avérés très concluant. Bien que n’ayant pas pu être rationalisé en termes de gain de résolution, une amélioration de contraste permettant de dépasser la limite de diffraction a été observée.

The first part of the thesis was the study of bright BODIPY nanoparticles (NPFs) (more than 5000 encapsulated molecules). Non-fluorescent aggregates and excimers (lifetime of 1.8 ns) were characterized by time resolved fluorescence experiments. In addition time-resolved fluorescence anisotropy and femtosecond transient absorption spectroscopy experiments revealed efficient ultrafast energy transfer, intermolecular migration (< 25 ps) and singlet-singlet annihilation (< 2 ps). Single particle spectroscopy on NPFs, function of the number of excited molecules within a NPF, revealed some blinking at the scale of about a hundred of milliseconds. However, due to too high density of emissive molecules, complete extinction of fluorescence (OFF state) could not be observed. The absence of OFF state forbid the use of a single molecule localization methods, the second part of this work was thus focused on the development of a data treatment method for single molecule fluorescence images containing high density of emitters. This method (MAPPIX, MAPping Pixel dissimilarity) uses the intensity fluctuations of the probes fluorescence emission over time and is based on a dissimilarity calculation. The results obtained on simulated data and real images were very conclusive. Although it was not possible to be rationalized it in terms of resolution, a contrast improvement bypassing the diffraction limit…

Les nanoparticules fonctionnalisées continuent de susciter beaucoup d’interêt dans les applications biomédicales et les essais biologiques. Elles sont devenues un élément clé dans la recherche en nanobiotechnologie. Un des axes primordiaux des travaux de recherche est le développement de stratégies polyvalentes de fonctionnalisation de surface pour différentes nanoparticules allant de nanostructures de diamants à des nanoparticules d'oxyde de fer, des particules de silice et des nanocapsules lipidiques. Un des objectifs en particulier a été l’introduction de diverses fonctionnalisations sur les mêmes nanoparticules en utilisant soit des ligands dérivés de la dopamine ou soit par chimie « click » de Cu(I) catalysé. Il en résulte des nanostructures bien dispersées fonctionnalisées avec différents ligands à leurs surfaces. Les applications de ces nanostructures pour l'inhibition des infections virales et pour la délivrance de gènes ont été étudiées. En effet, l'inhibition de l'entrée du VHC a été identifiée comme étant une stratégie thérapeutique potentielle. Il a pu être démontré que différentes nanoparticules peuvent être efficacement conçues pour afficher les propriétés de lectine et se comporter donc comme des inhibiteurs efficaces d'entrée du virus in vitro. Les pseudo-lectines étudiées ici comprennent les nanoparticules dérivées du fer, de silice, du diamant et des nanocapsules lipidiques comportant toutes des fragments d’acide boronique attachés à leurs surfaces.Par ailleurs, le potentiel des nanoparticules de diamant pour la délivrance de gènes a été étudié.

Functionalized nanoparticles continue to attract interest in biomedical applications and bioassays and have become a key focus in nanobiotechnology research. One of the primal focuses of the research work was the development of versatile surface functionalization strategies for different nanoparticles ranging from diamond nanostructures to iron oxide nanoparticles, silica particles and lipid nanocapsules. One particular aim was the introduction of various functionalities onto the same nanoparticles using either dopamine-derived ligands or Cu(I) catalyzed “click” chemistry strategies. This resulted in well-dispersed nanostructures with different ligands present on the surface of the nanostructures. The possibilities to use such nanostructures for the inhibition of viral infections and for gene delivery were investigated. Indeed, inhibiting the entry of HCV has been identified as a potential therapeutic strategy. It could be demonstrated that various nanoparticles can be efficiently engineered to display “lectin-like” properties and indeed behave as effective viral entry inhibitors, in vitro. The pseudo-lectins investigated here include iron-, silica-, diamond-, (lipid nanocapsule)-derived nanoparticles all featuring surface-attached boronic acid moieties. In parallel to work on HCV entry inhibition, the potential of diamond nanoparticles as gene delivery system was investigated. Water dispersible and biocompatible polypegylated diamond particles were…

Nous avons développé des nanocapsules théranostiques combinant à la fois une fonction diagnostic d’amélioration de la détection tumorale et une fonction thérapeutique pour les traiter. Ces nanocapsules sont composées d'une enveloppe de polymère de PLGA-PEG et d'un noyau de bromure de perfluorooctyle, un liquide perfluoré, permettant la détection par IRM-19F. Nous avons encapsulé à l’intérieur de ces nanocapsules du paclitaxel, un anticancéreux de la classe des taxanes. L’encapsulation permet de s’affranchir de l’utilisation de Cremophor®, un tensioactif utilisé dans la formulation commerciale de Taxol® qui peut entrainer des effets indésirables graves pouvant aller jusqu’au choc anaphylactique. L’encapsulation a été optimisée en faisant varier les paramètres de formulation pour empêcher la recristallisation du paclitaxel et l'agrégation des nanocapsules. La formulation optimisée a été testée in vitro sur des cellules de cancer du côlon CT-26 et a montré une cytotoxicité équivalente à celle du Taxol®. La pharmacocinétique et la biodistribution ont été évaluées chez des souris nudes porteuse de tumeurs CT-26 en comparaison au Taxol®. Pour les nanocapsules, les paramètres pharmacocinétiques sont améliorés : on observe une circulation prolongée et une meilleure accumulation au niveau des tumeurs, telles que confirmées par IRM-19F. L’efficacité antitumorale des nanocapsules est améliorée par rapport au PBS et Taxol®. L’influence d’ultrasons a aussi été étudié et a permis d’améliorer le ciblage et de ralentir la croissance tumorale. Des études in vitro ont montré que ce ralentissement est lié à l'hyperthermie modérée induite qui favorise la perfusion tumorale et l’extravasation vasculaire et améliore l’accumulation du principe actif à l'intérieur de la tumeur.

We have developed theranostic nanocapsules combining a diagnostic moiety to improve tumor detection and a therapeutic moiety to treat them. These nanocapsules are composed of a polymer shell of PLGA-PEG and a core of a perfluorocarbon, namely perfluorooctyl bromide, detectable by 19F-MRI. Paclitaxel, a cytotoxic drug, was encapsulated in an attempt to reduce side-effects associated with excipients such as Cremophor® used in the commercial formulation (Taxol®). We optimized encapsulation of paclitaxel into nanocapsules by varying formulation parameters to prevent or limit paclitaxel recrystallization and nanocapsule aggregation. The optimized formulation was tested in vitro on CT-26 colon cancer cells and showed similar cytotoxicity as compared with Taxol®. Paclitaxel pharmacokinetics and biodistribution were evaluated in nude mice bearing CT-26 tumors comparing nanocapsules with Taxol®. For nanocapsules, pharmacokinetic parameters are improved leading to a longer circulation and resulting in an enhanced accumulation in tumors, as confirmed by 19F-MRI. In terms of efficacy, this enhanced passive targeting allows a slower tumor growth in animals treated with paclitaxel-loaded nanocapsules compared to PBS and Taxol®. Ultrasound were also used to further improve tumor…

Le broyage réalisé dans un broyeur à billes agité est un procédé permettant de produire des nanoparticules en suspension dense. L’étude réalisée a pour objet l’analyse de l’influence de l’hydrodynamique sur le processus de réduction de taille. La première partie de l’étude a porté sur la modélisation de l'hydrodynamique globale dans ce broyeur en considérant un fluide équivalent de propriétés rhéologiques variables, représentant le mélange des billes de broyage et de la suspension à broyer. Les champs de vitesse, obtenus par simulation numérique directe (DNS), ont permis de déterminer une cartographie des collisions avec leurs caractéristiques et d'en déduire les mécanismes responsables de la fragmentation. A partir de la connaissance des vitesses d'impact et des nombres de Reynolds caractéristiques des collisions dans le broyeur, un dispositif expérimental a été conçu reproduisant, à plus grande échelle, le rapprochement d'une bille de broyage mobile vers une bille fixe. Les profils de vitesse de drainage ont été mesurés par vélocimétrie par image de particules (PIV) sous différentes conditions expérimentales et différentes configurations d'impact. Ces mesures ont permis de calculer les trajectoires de particules fictives dans l'entrefer entre les sphères et d'estimer une efficacité de capture des particules. On observe qu'une augmentation des effets d'inertie de ces particules, en agissant soit sur leur diamètre, soit sur la vitesse de collision, est favorable à leur capture et par conséquent à leur fragmentation. De manière complémentaire, l'examen des trajectoires de particules réelles déposées à la surface de la sphère immobile a révélé que l'efficacité de capture est réduite lorsque le nombre de Stokes des particules augmente.

The stirred media mill is used to produce nanoparticles from dense suspensions. The purpose of our study is to analyse the influence of the hydrodynamics on the fragmentation process. The first part is devoted to the flow modelling in the mill for an equivalent fluid. The constitutive law is accounting for the properties of grinding beads and suspended particles. Velocity fields, obtained by direct numerical simulations, have permitted to analyse the collision characteristics and to determine the major mechanisms leading to fragmentation. By determining the impact velocities and collisional Reynolds we were able to set up an experiment modelling two approaching grinding beads. One bead is mobile while the other is fixed. The flow velocities in the fluid have been measured by PIV for a wide range of conditions. These velocity fields have been used to calculate particle trajectories within the gap between the two beads. This yields to estimate a capture efficiency for particles. We concluded that an increase of the particle diameter or an increase of the impact velocity increases the probability of capture. Additionally, trajectories of deposited particle at the surface of the fixed spheres show that the capture efficiency decreases when the Stokes number of the particle increases.

Des bioconjugués squalénisés du semaxanib et du sunitinib , deux inhibiteurs puissants de l'angiogénèse et de tyrosine kinases, ont été synthétisés avec un bras espaceur pH sensible de type hémiaminal . Les prodrogues sont préparées selon une séquence en trois étapes impliquant : (i) la N- alkylation avec du chlorométhoxy - triisopropylsilane ; (ii) désilylation ; et (iii) acylation avec l'acide trisnorsqualenique . Ces prodrogues squalénisées ont la capacité de s'auto-assembler en nanoparticules en milieu aqueux sans nécessité de tensioactif . Les agrégats de taille nanométrique ont été caractérisés par diffraction dynamique de la lumière et microscopie électronique à transmission , et semblent être stables dans l'eau sur plusieurs jours. Les études biologiques in vitro ont montré que les nanoparticules de sunitinib sont cytotoxiques contre la lignée de cellules ombilicale veineuse endothéliale humaine ( HUVEC), qui est impliqué dans la formation de vaisseaux de la tumeur.

Squalenoyl conjugates of semaxanib and sunitinib, two potent antiangiogenic (pyrrolyl)methylidenyl-substituted oxindole multitarget tyrosine kinase inhibitors, were synthesized with a hemiaminal-based pH-sensitive linker. The prodrugs were prepared according to a three-step sequence involving (i) N-alkylation with chloromethoxy-triisopropylsilane; (ii) desilylation; and (iii) acylation with trisnorsqualenic acid. These squalenoyl prodrugs were found to selfassemble into nanoassemblies in aqueous media without the need for any surfactant. The nanosized aggregates were characterized by dynamic light scattering and transmission electron microscopy, and appeared to be stable in water for several days, as determined by particle-size measurement. In vitro biological studies showed that squalenoyl sunitinib nanoassemblies are notably cytotoxic against the human umbilicalvein endothelial cell line (HUVEC), which is involved in the tumor vessel formation.

En ingénierie tissulaire, la survie in vivo de cellules souches implantées au sein d’un biomatériau est limitée par les conditions d’un environnement ischémique qui se caractérise par un déficit en oxygène et en nutriments. Récemment, dans le cadre d’un projet de recherche dédié au développement d’un hydrogel composite à base de fibrine, biomatériau conçu pour améliorer la survie de cellules souches post-implantation, il a été mis en évidence la nécessité de contrôler dans le temps et l’espace la disponibilité du glucose au sein de ce matériau. Cet apport in situ de glucose est réalisé par dégradation contrôlée de l’amidon, un polymère de glucose. Cette production est assurée par action enzymatique d’un catalyseur spécifique de l’hydrolyse de l’amidon, l’amyloglucosidase (AMG).Toutefois, il convient de maitriser différents paramètres tels que la fuite de l’AMG en dehors de l’hydrogel ou encore sa perte d’activité au cours du temps. Dans ce contexte, l’encapsulation de l’AMG dans des nanoparticules d’un polymère biodégradable et biocompatible, ici l’acide poly(lactique-co-glycolique) (PLGA), devrait permettre le contrôle des paramètres susmentionnés.Des nanoparticules de type core-shell contenant l’AMG (NPe) ont été synthétisés par l’adaptation d’un protocole de double émulsion (water-oil-water). Différentes méthodes ont été développées pour déterminer les propriétés physico-chimiques et biochimiques des nanoparticules produites. Le protocole de synthèse a été optimisé afin de produire des nanoparticules reproductibles et stériles utilisables dans des hydrogels implantables in vivo.Le cahier des charges de l’hydrogel enrichi en amidon et en NPe impose un apport continu du glucose pendant 1 mois. La stabilité des nanoparticules a été étudiée en solution et dans les hydrogels. La production de glucose grâce à ces NPe a été investiguée en solution et en hydrogel mettant en avant l’intérêt de ces nanoparticules au sein du dispositif.

In tissue engineering, the in vivo survival of stem cells located within a biomaterial is limited by an ischemic environment characterized by a low supply of oxygen and nutrients. Recent studies on fibrin based hydrogels (designed to improve stem cells survival after implantation) have highlighted the need to control the spatiotemporal availability of glucose within a biomaterial scaffold. Glucose release occurs through the degradation of starch, a glucose polymer, at a rate controlled by the action of the enzyme amyloglucosidase (AMG), a specific catalyst for the hydrolysis of starch.In order to eventually be of clinical impact, critical parameters must be tuned, such as the AMG leakage outside the hydrogel and its loss of activity over time. In this context, AMG encapsulation within nanoparticles of a biodegradable and biocompatible polymer, here poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), is a promising means toward controlling the above parameters.The AMG-containing core-shell type nanoparticles (NPe) were synthesized by an adaptation of the double emulsion technique (water-oil-water).…

Les nanoparticules ont soit une origine naturelle soit une origine anthropique. De par l’évolution technologique, l’homme produit des quantités croissantes de nanoparticules susceptibles de se retrouver dans l’environnement. Afin de prévenir les risques inhérents à ces rejets, pour la santé humaine ou l’environnement, il est nécessaire de caractériser au mieux les effets potentiels des nanoparticules et d’identifier les mécanismes qui régissent leurs interactions avec les organismes exposés. Dans ce contexte, le premier objectif de ces travaux était de mettre en évidence les mécanismes gouvernant les interactions entre bactéries et nanoparticules et de documenter l'influence de ces interactions sur la toxicité et génotoxicité des NPs pour les bactéries. Le second objectif était de déterminer en quoi cette toxicité et cette génotoxicité pouvait impacter les organismes bactériens au niveau communautaire. Les résultats ont montré que les interactions électrostatiques attractives entre les bactéries et les TiO2-NPs conditionnaient l’adsorption des nanoparticules à la surface des bactéries et conduisaient à la détection d’une toxicité modulées par les électrolytes présents dans la solution. De plus, les déterminants biophysiques de l’interphase bactérienne, et particulièrement la longueur des LPS et le type de protéines affleurant à la surface de la membrane externe, sont des paramètres de premier ordre dans l'apparition d'un potentiel néfaste pour les microorganismes. En prenant en compte ces interactions, nous avons mis en évidence le potentiel mutagène des TiO2-NPs. Un effet toxique et génotoxique ayant été constaté, les communautés bactériennes ont ensuite été étudiées. Il a été mis en évidence que les TiO2-NPs modifiaient la composition, la structure et la prévalence des communautés bactériennes libres et fixées sous forme de biofilms précoces d’une communauté aquatique naturelle d’eau douce. Ces travaux mettent en évidence l’impact potentiel des TiO2-NPs sur les organismes bactériens dans un contexte d’évaluation des risques et indiquent que les nanoparticules pourraient impacter les communautés microbiennes et pourraient présenter un risque pour le bon fonctionnement de l’écosystème

Nanoparticles have either natural or anthropogenic origin. By technological change, man produces increasing amounts of nanoparticles likely to end in the environment. To prevent inherent risks to human health or environment from these releases, it is necessary to characterize the best potential effects of nanoparticles and to identify the mechanisms governing their interactions with exposed organisms. In this context, the first objective of this work was to highlight the mechanisms governing interactions between nanoparticles and bacteria and document the influence of these interactions on toxicity and genotoxicity of NPs for bacteria. The second objective was to determine how this toxicity and genotoxicity could impact bacteria at community level. Results showed that electrostatic attractive interaction between bacteria and TiO2-NPs…

L’intérêt porté aux nanomatériaux de carbone est en croissance en raison de leur potentiel pour une variété d’applications. Le réseau d’atomes de carbone hybridés sp², commun à tous les matériaux de cette famille, engendre d’excellentes propriétés électroniques et optiques modulées par la forme, la taille et la dimensionnalité du réseau carboné. Parmi ces nanomatériaux, les nanoparticules de carbone (CNP) disposent d’un potentiel singulier en raison de leurs propriétés de photoluminescence, leur photostabilité et leur faible toxicité. En conséquence, l’application des CNP en biomédecine, en optoélectronique et en photocatalyse est grandement étudiée. Néanmoins, les méthodes de synthèse et les techniques de séparation actuelles représentent des limitations à leur mise en œuvre. L’usage de température élevée (>100 °C) nuit au contrôle précis de la forme et de la taille des CNP, les rendements réactionnels sont faibles et la surface du matériau est chimiquement inerte. Dans ce projet, l’objectif est d’établir une méthode de synthèse de CNP palliant aux limitations des procédés actuels. Autrement dit, nous tentons de développer une méthode permettant un contrôle précis de la forme et de la taille des particules en évitant l’utilisation de températures élevées. La stratégie est basée sur la polymérisation en dispersion d’unités organiques riches en alcynes, utilisées comme source métastable de carbone. D’une part, la polymérisation de monomères riches en alcynes permet de synthétiser en une étape simple des polyynes qui, en raison de leur instabilité, réagissent spontanément pour produire un matériau composé majoritairement d’atomes de carbone hybridés sp². D’autre part, la polymérisation en dispersion assure un contrôle morphologique des particules durant la synthèse. En plus de l’objectif principal, la fonctionnalisation en surface des particules est envisagée en exploitant la réactivité d’alcynes résiduels de la structure carbonée. Aussi, nous tentons d’échanger le monomère alcynique afin de bonifier les propriétés de photoluminescence des particules issues du procédé.

The interest in carbon nanomaterials is expanding due to their potential for various applications. The network of sp²-hybridized carbon atoms, common to all materials of this family, generates excellent electronic and optical properties which are modulated by the shape, the size and the dimensionality of the carbon network. Among these nanomaterials, carbon nanoparticles (CNP) have a singular potential due to their photoluminescence properties, their photostability and their low toxicity. Accordingly, the application of CNP in biomedicine, optoelectronics and photocatalysis is greatly studied. However, the current synthetic methods and separation techniques represent limitations to their implementation. The use of high temperatures (>100 °C) hinders the precise control over shape and size of the CNP, the synthetic yields are low and the materials’ surface is chemically inert. In this project, the objective is to establish a route for CNP synthesis…

EXPOSITION PENDANT LA GESTATION A DES NANOPARTICULES MANUFACTUREES : IMPACT SUR LE DEVELOPPEMENT PULMONAIRE DE LA DESCENDANCELe développement de l’utilisation des nanoparticules (NP) comme les NP d’argent (Ag), de dioxyde de titane (TiO2) et de dioxyde cérium (CeO2) conduit à s’intéresser à leurs potentiels effets toxiques. Des travaux ont montré que l’exposition de souris par voie pulmonaire aux NP peut induire une réponse inflammatoire et la fibrose pulmonaire. En revanche, il existe très peu de données concernant l’impact de l’exposition à des NP sur la descendance. Le but de cette étude est d’évaluer les conséquences d’une exposition de souris à des NP par voie respiratoire sur le développement pulmonaire de la descendance, ainsi que de déterminer le mécanisme d’action induisant les altérations du développement pulmonaire. Pour cela, trois NP de même taille et forme ont été utilisées : TiO2, Ag, et CeO2, afin d’évaluer l’impact des propriétés physico-chimiques des NP sur le développement pulmonaire. Des souris femelles gestantes ont été exposées aux NP par voie pulmonaire une fois par semaine. Des analyses pulmonaires de la descendance ont été réalisées à différentes étapes du développement pulmonaire, avant (17,5 jours post-coït) et après la naissance (14,5 et 49,5 jours post-délivrance). Les résultats montrent qu’après exposition pulmonaire pendant la gestation, les NP induisent une altération de développement pulmonaire de la descendance quelle que soit la nature de la NP utilisée. Ces résultats étaient accompagnés d’une diminution de l’efficacité placentaire associée à la présence des NP dans le placenta et à la diminution de l’expression de VEGF-alpha et MMP-9 à l’âge foetal, et FGF-18 au stage de l’alvéolisation pulmonaire. Compte tenu de l’utilisation croissante de NP, ces résultats suscitent des inquiétudes quant à la santé de l’Homme en particulier en cas d’exposition des femmes enceintes, dont le foetus en développement est susceptible d’avoir un retentissement pulmonaire de l’exposition à ces NP.Mots-clés : nanoparticules, gestation, développement pulmonaire

EXPOSURE TO MANUFACTURED NANOPARTICLES DURING GESTATION: IMPACT ON THE RESPIRATORY TRACT OF THE OFFSPRINGDue to several commercial applications of nanoparticles (NPs), such as silver (Ag), titanium dioxide (TiO2) and cerium dioxide (CeO2), knowledge of the toxicity of those NPs is of great importance. It has been shown that exposure to NPs may lead to an inflammatory response and pulmonary fibrosis. However less is known on the effect of exposure to NPs on the offspring. Therefore the aim of this study is to assess the impact of exposure by the respiratory route to various NPs during pregnancy on lung development of the offspring, and to determine the key parameters involved in lung alterations. We used three NPs: TiO2, Ag, and CeO2, to assess the impact of NPs physico-chemical properties on the potential effects on lung development. Pregnant mice were exposed weekly to 100 μg NPs or saline by nonsurgical intratracheal instillation. Analysis of…

Les nanoparticules, outils d'innovation dans le domaine biomédical, promettent des avantages significatifs, notamment au niveau du diagnostic et du traitement. Les nanoparticules d'or de forme anisotrope, nanobâtonnets, nanoprismes etc. présentent une absorption de la lumière dans le domaine du proche infrarouge, ce qui s'accompagne d'une augmentation locale de la température. Cet échauffement local provoqué par les nanoparticules d'or est exploité dans des thérapies, comme l'hyperthermie photo-assistée. Quant aux nanoparticules de fer, ce sont leurs propriétés magnétiques qui sont visées. Elles sont principalement mises à profit dans l'imagerie médicale, les nanoparticules de fer étant de bons agents de contraste pour l'IRM. Au cours de cette thèse nous nous somme intéressés d'une part à la synthèse de nanoparticules d'or de forme anisotrope sans utilisation, en tant qu'agent structurant, d'un tensioactif cationique, redouté pour sa toxicité. Pour cela la méthode polyol a été utilisée. En fonction des conditions de synthèse des plaquettes ou des cubes d'une taille sans précédent (ca. 21-50 nm) pour cette méthode ont été obtenus. Leur fonctionnalisation par des polymères de type PEG a été ensuite réalisée. D'autre part des nanoparticules de fer zero-valent de ca. 13 nm ont été élaborées en utilisant une approche organométallique dans le but de conserver une aimantation élevée nécessaire pour les applications envisagées. Nous avons réussi leur transfert dans l'eau, tout en conservant un cœur de fer zéro-valent de ca. 10 nm et donc une forte aimantation, grâce à des ligands comportant un groupement d'ancrage à la surface de nanoparticules type acide phosphonique. Des mesures préliminaires de leur relaxivité transversale ont été réalisées, ouvrant des perspectives très prometteuses en tant qu'agent de contraste en IRM.

Nanoparticles, tools of innovation in the biomedical field, promise significant advantages, notably in terms of diagnostic and therapy. Gold nanoparticles of anisotropic shape, nanorods, nanoprisms, etc. exhibit light absorption in the near-infrared region, which is accompanied by a local increase in temperature. This local warm-up is used in therapies, such as photo-assisted hyperthermia. In the case of iron nanoparticles, their magnetic properties are of interest for applications. They are mainly used in medical imaging, iron nanoparticles being good contrast agents for MRI. In this thesis, we have been interested in the synthesis of gold nanoparticles of anisotropic shapes free of cationic surfactants as structuring agent, because of their toxicity. As alternative the polyol method has been used. Depending on the synthesis conditions, platelets or cubes with an unprecedented size (ca. 21-50 nm) for this king of synthetic method have been obtained. On the other hand, zero-valent iron nanoparticles of ca. 13 nm have been developed using an organometallic approach in order to obtain nanoparticles with a high magnetization, necessary for the envisaged applications. We have succeeded in transferring iron…

Une des plus grande cause de mortalité aujourd'hui est le cancer. Acutellement, les nanotechnologies ont permis le développement de nouvelles approches dans le traitement du cancer. Ainsi, il est devenu nécessaire de concevoir et modeler des nanoparticules (NPs) multimodales et d'évaluer leur application thérapeutique potentielle. Les nanoparticules inorganiques étudiées dans le cadre de ce travail sont basées sur des oxydes métalliques (e.g. TiO2 et HfO2) et présentent plusieurs fonctionnalités permettant leur localisation et leur quantification en utilisant différentes techniques telles que l'IRM et l'imagerie optique. Notamment grâce à l'insertion de terres rares dans la matrice NPs. D'autre part, comme la température des cellules saines et cancéreuse diffère, la détermination locale de la température peut être intéressante et obtenue par l'étude de la luminescence d'une paire de terres rares judicieusement choisie.Ainsi des NPs de TiO2 et de HfO2 ont été synthétisées par voie hydrothermale, permettant un contrôle de leur taille et de leur morphologie. De plus, des terres rares, comme l'europium, le terbium et le gadolinium ont été insérées au sein des matrices d'oxyde d'hafnium permettant d'obtenir des nanoparticules multifonctionnelles, basées sur la détection par imagerie optique et magnétique et la détection de la température (nanothermomètre). Les NPs ont été caractérisées et des mesures de relaxivité ont été effectuées. La luminescence de ces NPs a été étudiée et a permis la mise au point d'un nanothermomètre avec une sensibilité de 0.1%.K-1.

Cancer is one of the main cause of mortality in the world. Recently, nanotechnologies have led tonew approaches in cancer therapy. In this context, it is important to design multimodal nanoparticles (NPs) andassess their therapeutic potential. The inorganic NPs studied here are based on metal oxides (e.g., TiO2 and HfO2)exhibiting functionalities that allow their localization and tracking using various techniques (MRI, luminescence),as well as their quantification. For this purpose, rare-earth elements are inserted in the metal oxide matrices. Asthe lethal temperatures for healthy and tumor cells are different, it is also important to ascertain thetemperature of the cells during ionizing radiation treatment. This may be achieved based on the light emissionof suitable pairs of rare-earth elements.Thus, titania and hafnia nanoparticles were synthesized by the hydrothermal method enabling the control ofmorphology and size. Furthermore, the hafnia matrices were doped with rare-earth elements, such as europium,terbium and gadolinium, endowing NPs with functionalities such as luminescence tracking, magnetic resonanceimaging and nanothermometry. The chemical characterizations were performed and the relaxivity constantswere assessed. The luminescence response was also studied, and one nanothermometer with a sensitivity atroom temperature ca. 0.1 %.K-1 was obtained.