Synthèse et caractérisation de nanoparticules d'oxydes métalliques par voie organométallique : vers des applications biomédicales

Le travail présenté dans ce manuscrit s'inscrit dans un projet collaboratif entre l'Université de Toulouse et l'Université de Rabat. Le sujet porte sur le développement de nanoparticules d'oxydes métalliques (gamma-Fe2O3 et ZnO) pour des applications biomédicales (IRM et imagerie optique). Il s'agit en particulier de développer des approches permettant de rendre hydrophiles des nanoparticules hydrophobes synthétisées par voie organométallique et d'en étudier les propriétés. Dans un premier temps, des méthodologies d'échange de solvant pour transférer des nanoparticules de ZnO hydrophobes dans l'eau en utilisant des surfactants de type gémini ont été développées. Nous avons montré que la formation d'une seconde couche de ligand, méthodologie réputée pour être universelle, peut s'avérer complexe. L'utilisation de PEG-amine rend directement les nanoparticules d'oxyde de fer hydrosolubles. Dans un second temps, les propriétés physiques (optiques ou magnétiques) de ces nanoparticules ont été étudiées aussi bien en milieu organique que dans l'eau. En particulier, nous avons montré que les propriétés optiques des nanoparticules de ZnO ne dépendaient pas du solvant mais dépendaient très fortement de leur état de surface. Le premier exemple de photocommutation des nanoparticules de ZnO en utilisant un photochrome de type diarylethene a été obtenu. Enfin, des nanoparticules stables en solution tampon ont été obtenues et les premières visualisations des nanoparticules de ZnO en microscopie de fluorescence ont été réalisées. Les nanoparticules d'oxyde de fer ont également été évaluées comme agent de contraste en IRM.This manuscript describes a collaborative work between the University of Toulouse and the University of Rabat. This work is devoted to the development of metal oxide nanoparticles (gamma-Fe2O3 and ZnO) for biological applications (MRI or optical imaging). It focuses in particular on the development of methodologies for transforming hydrophobic nanoparticles prepared following organometallic chemistry to hydrophilic ones, and to study their properties. Methodologies of solvent exchange to transfer ZnO hydrophobic nanoparticles into water using Gémini ligand have been first developed. The well known "double layer" strategy turned to be much more complicated as expected. The use of amino-PEG surfactants leads to the direct formation of water-dispersible iron oxide nanoparticles. In a second step, the physical properties (optical or magnetic properties) of such nanoparticles were studied either in organic media or in water. In particular, we demonstrated that the optical properties of the ZnO nanoparticles are independent of the solvent but strongly depend on the surface state of the nanoparticles. The first example of a photocommutation of ZnO nanoparticles by a diarylethene photochromic dye has been described. Finally, ZnO nanoparticles stables in buffered solutions have been obtained and the first observation with a fluorescence microscope performed. The iron oxide nanoparticles have been tested as MRI contrast agents

Oligomeric and polymeric surfactants for the transfer of luminescent ZnO nanocrystals to water

International audienceThe water dispersion of luminescent nanocrystals (NCs) synthesized in organic solvent by encapsulation in a surfactant bilayer is a promising strategy for preserving the optical properties of NCs. The phase transfer of highly monodispersed ZnO NCs using the monomer, dimer, trimer and polymer of a series of alkyl ammonium surfactants is compared. Transfer yields over 60% could be obtained with the oligomers and the polymer. In contrast, we observed no measurable transfer using the single chain surfactant. NMR spectroscopy, including DOSY and NOESY, demonstrated that increasing the oligomerization number ameliorates the stability within the coating bilayer. The NCs exhibit a strong luminescence in water and show long term chemical and photo-chemical stability

Synthèse et caractérisation de nanoparticules d'oxydes métalliques par voie organométallique (vers des applications biomédicales)

TOULOUSE3-BU Sciences (315552104) / SudocSudocFranceF

Transfer of hydrophobic ZnO nanocrystals to water: an investigation of the transfer mechanism and luminescent properties

International audienceWe investigated the "interdigitated double layer" strategy, with the objective to transfer to water hydrophobic photoluminescent ZnO nanocrystals (Ncs) stabilized by a hydrophobic ligand (octylamine). This strategy relies on the formation of a double layer around the Ncs by interdigitation of an added surfactant within the alkyl chains of the pristine ligand. Various surfactants were evaluated and, surprisingly, transfer could only be achieved with a limited choice of molecular structures. Among them, the family of glycolic acid ethoxylate ethers surfactant yielded transfers up to 60%. The molecular organization of the organic coating in water was characterized using dynamic light scattering, photoluminescence and NMR (including DOSY and NOESY). Our results suggest that the success of this transfer strategy depends on a subtle interplay of interactions between the added surfactant, the ligand and the surface of the Ncs. The ZnO Ncs exhibit a strong luminescence in water