Élaboration de nanoparticules fluorescentes à base de BODIPY par polymérisation RAFT en miniémulsion : synthèse, caractérisation et fonctionnalisation de surface

This PhD work presents the synthesis of fluorescent nanoparticles (FNP) via a RAFT miniemulsion polymerisation and the analysis of their fluorescence properties. The core of the FNPs is a copolymer of styrene and a BODIPY monomer, and the shell, which is biocompatible and functionnalisable, is made of poly(ethylene oxyde) and poly(acrylic acid). First of all, the synthesis' optimisation of those FNPs is presented, and to the development of a one-pot process. Then, the fluorescence properties of those FNPs are studied, especially the impact of the BODIPY monomer concentration on the formation of non or weakly fluorescent aggregates. In order to change the FNP's spectroscopics properties (fluorescent quantum yield and emission wavelength), novel fluorescent BODIPY monomers have been synthesized. Those monomers presents either some bulky aromatics substituants, either variable polymerisable functions. The FNPS's hydrophilic shell has also been modified to get different distributions of the acrylic acid and ethylene oxyde units in the polymer chains of the FNPs' surface. Those new FNPs are also synthesized via a one-pot process. At last, molecules bearing an amine function (fluorescent dyes, proteins) have been grafted onto the differents FNPs' shell via a peptid coupling reaction on the carboxylic acid functions. As such, some pH ratiometric nano-sensors have been developped.Les travaux de cette thèse présentent la synthèse par une polymérisation RAFT en miniémulsion de nanoparticules fluorescentes (NPFs) polymères à coeur BODIPY copolymérisé au styrène et à couronne hydrophile biocompatible et fonctionnalisable à base de poly(oxyde d'éthylène) et de poly(acide acrylique). Les propriétés de fluorescence de ces NPFs ont été étudiées par spectroscopie de fluorescence stationnaire et résolue en temps. L'élaboration de la synthèse de ce type de NPFs, et la mise au point d'un procédé "one-pot" sont présentés dans un premier temps. Ensuite, les propriétés spectroscopiques de ces NPFs sont étudiées, notamment l'influence de la concentration en monomères de BODIPY au coeur des NPFs pouvant mener à la formation d'agrégats peu ou pas fluorescents. Les propriétés spectroscopiques (longueur d'onde d'émission de fluorescence et rendement quantique) du coeur des NPFs ont été modulées. Cela est rendu possible en réalisant la synthèse de monomères de BODIPY portant des groupements aromatiques encombrés, ou présentant différentes fonctions polymérisables. La couronne hydrophile des NPFs a également été modifiée afin d'obtenir différentes répartitions des unités acide acrylique et oxyde d'éthylène dans les chaînes de copolymères en surface. Ces nouvelles NPFs sont également synthétisées par un procédé "one-pot". Enfin, des molécules à fonctions amine (fluorophores, protéines) ont été introduites dans la couronne hydrophile de ces diverses NPFs par une chimie de couplage peptidique sur les fonctions acides carboxyliques. Des nano-senseurs de pH ratiométriques ont ainsi pu être élaborés

Elaboration of BODIPY fluorescent nanoparticules via a RAFT polymerisation in miniemulsion : synthesis, characterisation and surface functionalisation

Les travaux de cette thèse présentent la synthèse par une polymérisation RAFT en miniémulsion de nanoparticules fluorescentes (NPFs) polymères à coeur BODIPY copolymérisé au styrène et à couronne hydrophile biocompatible et fonctionnalisable à base de poly(oxyde d'éthylène) et de poly(acide acrylique). Les propriétés de fluorescence de ces NPFs ont été étudiées par spectroscopie de fluorescence stationnaire et résolue en temps. L'élaboration de la synthèse de ce type de NPFs, et la mise au point d'un procédé "one-pot" sont présentés dans un premier temps. Ensuite, les propriétés spectroscopiques de ces NPFs sont étudiées, notamment l'influence de la concentration en monomères de BODIPY au coeur des NPFs pouvant mener à la formation d'agrégats peu ou pas fluorescents. Les propriétés spectroscopiques (longueur d'onde d'émission de fluorescence et rendement quantique) du coeur des NPFs ont été modulées. Cela est rendu possible en réalisant la synthèse de monomères de BODIPY portant des groupements aromatiques encombrés, ou présentant différentes fonctions polymérisables. La couronne hydrophile des NPFs a également été modifiée afin d'obtenir différentes répartitions des unités acide acrylique et oxyde d'éthylène dans les chaînes de copolymères en surface. Ces nouvelles NPFs sont également synthétisées par un procédé "one-pot". Enfin, des molécules à fonctions amine (fluorophores, protéines) ont été introduites dans la couronne hydrophile de ces diverses NPFs par une chimie de couplage peptidique sur les fonctions acides carboxyliques. Des nano-senseurs de pH ratiométriques ont ainsi pu être élaborés.This PhD work presents the synthesis of fluorescent nanoparticles (FNP) via a RAFT miniemulsion polymerisation and the analysis of their fluorescence properties. The core of the FNPs is a copolymer of styrene and a BODIPY monomer, and the shell, which is biocompatible and functionnalisable, is made of poly(ethylene oxyde) and poly(acrylic acid). First of all, the synthesis' optimisation of those FNPs is presented, and to the development of a one-pot process. Then, the fluorescence properties of those FNPs are studied, especially the impact of the BODIPY monomer concentration on the formation of non or weakly fluorescent aggregates. In order to change the FNP's spectroscopics properties (fluorescent quantum yield and emission wavelength), novel fluorescent BODIPY monomers have been synthesized. Those monomers presents either some bulky aromatics substituants, either variable polymerisable functions. The FNPS's hydrophilic shell has also been modified to get different distributions of the acrylic acid and ethylene oxyde units in the polymer chains of the FNPs' surface. Those new FNPs are also synthesized via a one-pot process. At last, molecules bearing an amine function (fluorescent dyes, proteins) have been grafted onto the differents FNPs' shell via a peptid coupling reaction on the carboxylic acid functions. As such, some pH ratiometric nano-sensors have been developped

Élaboration de nanoparticules fluorescentes à base de BODIPY par polymérisation RAFT en miniémulsion (synthèse, caractérisation et fonctionnalisation de surface)

Les travaux de cette thèse présentent la synthèse par une polymérisation RAFT en miniémulsion de nanoparticules fluorescentes (NPFs) polymères à coeur BODIPY copolymérisé au styrène et à couronne hydrophile biocompatible et fonctionnalisable à base de poly(oxyde d'éthylène) et de poly(acide acrylique). Les propriétés de fluorescence de ces NPFs ont été étudiées par spectroscopie de fluorescence stationnaire et résolue en temps. L'élaboration de la synthèse de ce type de NPFs, et la mise au point d'un procédé "one-pot" sont présentés dans un premier temps. Ensuite, les propriétés spectroscopiques de ces NPFs sont étudiées, notamment l'influence de la concentration en monomères de BODIPY au coeur des NPFs pouvant mener à la formation d'agrégats peu ou pas fluorescents. Les propriétés spectroscopiques (longueur d'onde d'émission de fluorescence et rendement quantique) du coeur des NPFs ont été modulées. Cela est rendu possible en réalisant la synthèse de monomères de BODIPY portant des groupements aromatiques encombrés, ou présentant différentes fonctions polymérisables. La couronne hydrophile des NPFs a également été modifiée afin d'obtenir différentes répartitions des unités acide acrylique et oxyde d'éthylène dans les chaînes de copolymères en surface. Ces nouvelles NPFs sont également synthétisées par un procédé "one-pot". Enfin, des molécules à fonctions amine (fluorophores, protéines) ont été introduites dans la couronne hydrophile de ces diverses NPFs par une chimie de couplage peptidique sur les fonctions acides carboxyliques. Des nano-senseurs de pH ratiométriques ont ainsi pu être élaborés.This PhD work presents the synthesis of fluorescent nanoparticles (FNP) via a RAFT miniemulsion polymerisation and the analysis of their fluorescence properties. The core of the FNPs is a copolymer of styrene and a BODIPY monomer, and the shell, which is biocompatible and functionnalisable, is made of poly(ethylene oxyde) and poly(acrylic acid). First of all, the synthesis' optimisation of those FNPs is presented, and to the development of a one-pot process. Then, the fluorescence properties of those FNPs are studied, especially the impact of the BODIPY monomer concentration on the formation of non or weakly fluorescent aggregates. In order to change the FNP's spectroscopics properties (fluorescent quantum yield and emission wavelength), novel fluorescent BODIPY monomers have been synthesized. Those monomers presents either some bulky aromatics substituants, either variable polymerisable functions. The FNPS's hydrophilic shell has also been modified to get different distributions of the acrylic acid and ethylene oxyde units in the polymer chains of the FNPs' surface. Those new FNPs are also synthesized via a one-pot process. At last, molecules bearing an amine function (fluorescent dyes, proteins) have been grafted onto the differents FNPs' shell via a peptid coupling reaction on the carboxylic acid functions. As such, some pH ratiometric nano-sensors have been developped.CACHAN-ENS (940162301) / SudocSudocFranceF

Carbon footprint and mitigation strategies of three chemistry laboratories

As the global imperative for decarbonization gains momentum, the need for action in chemistry laboratories becomes increasingly apparent. This study examines the 2019 carbon footprint of three French chemistry laboratories encompassing energy, purchases, travels, and commutes. The average per capita carbon footprint stands at 5.6 teqCO2/year, positioning chemistry laboratories slightly above the median calculated across all disciplines. Key contributors are purchases (31–42%) and heating (23–33%), driven by fume hoods, heavy equipment and consumables. Attainable mitigations strategies suggest a 40-50% reduction by 2030. Pivotal efforts involve transitioning heating sources to renewables, extending equipment lifespan, collaborative resource management, as well as a limitation in the use of planes and thermic cars. Such changes imply actions at the level of the government, the university and the individual. We suggest fostering a sustainable research environment in chemistry laboratories by rationalizing experimental practices and dedicating time to consider the socio-environmental implications of research

Ultrabright BODIPY-Tagged Polystyrene Nanoparticles: Study of Concentration Effect on Photophysical Properties

International audienc

Carbon footprint and mitigation strategies of three chemistry laboratories

International audienceAs the global imperative for decarbonization gains momentum, the need for action in chemistry laboratories becomes increasingly apparent. This study examines the 2019 carbon footprint of three French chemistry laboratories encompassing energy, purchases, travels, and commutes. The average per capita carbon footprint stands at 5.6 teqCO2 per year, positioning chemistry laboratories slightly above the median calculated across all disciplines. Key contributors are purchases (31–42%) and heating (23–33%), driven by heavy equipment, consumables and fume hoods. Attainable mitigation strategies suggest a 40–50% reduction by 2030. Pivotal efforts involve transitioning heating sources to renewables, extending the equipment lifespan, collaborative resource management, as well as a limitation in the use of planes and combustion engine vehicles. Such changes imply actions at the level of the government, the university, the laboratory and the individual. We suggest fostering a sustainable research environment in chemistry laboratories by rationalizing experimental practices and dedicating time to consider the socio-environmental implications of research

A versatile and accessible polymer coating for functionalizable zwitterionic quantum dots with high DNA grafting efficiency

International audienceEfficient and versatile functionalization of poly(anhydride maleic-alt-isobutylene) (PIMA), with economical commercial reagents, results in the one-step/one-day production of a copper-free click chemistry-ready carboxybetaine-like coating for quantum dots (QDs). The QDs are bright and stable in aqueous media and easily grafted with DNA with >95% efficiency

Core–shell polymeric nanoparticles comprising BODIPY and fluorescein as ultra-bright ratiometric fluorescent pH sensors

International audienceA new ratiometric fluorescent pH nanosensor is presented. It is based on ultrabright nanoparticles containing two spatially separated fluorophores: BODIPY covalently linked to the polystyrene core and fluorescein grafted to the nanoparticle shell. The nanoparticles comprise a large number (≥2500) of both fluorescent moieties. Their spectroscopic characteristics were studied at different pH and ionic strength. They could successfully be used to determine the solution pH between 5.5 and 7.5 by measuring the fluorescence intensity ratio of the sensor molecule (fluorescein) relative to the reference dye (BODIPY)

Biomacromolecules

Polymeric micelles and especially those based on natural diblocks are of particular interest due to their advantageous properties in terms of molecular recognition, biocompatibility, and biodegradability. We herein report a facile and straightforward synthesis of thermoresponsive elastin-like polypeptide (ELP) and oligonucleotide (ON) diblock bioconjugates, ON--ELP, through copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition. The resulting thermosensitive diblock copolymer self-assembles above its critical micelle temperature (CMT ∼30 °C) to form colloidally stable micelles of ∼50 nm diameter. The ON--ELP micelles hybridize with an ON complementary strand and maintain their size and stability. Next, we describe the capacity of these micelles to bind proteins, creating more complex structures using the classic biotin-streptavidin pairing and the specific recognition between a transcription factor protein and the ON strand. In both instances, the micelles are intact, form larger structures, and retain their sensitivity to temperature