Far infrared absorption by acoustic phonons in titanium dioxide nanopowders

We report spectral features of far infrared electromagnetic radiation absorption in anatase TiO2 nanopowders which we attribute to absorption by acoustic phonon modes of nanoparticles. The frequency of peak excess absorption above the background level corresponds to the predicted frequency of the dipolar acoustic phonon from continuum elastic theory. The intensity of the absorption cannot be accounted for in a continuum elastic dielectric description of the nanoparticle material. Quantum mechanical scale dependent effects must be considered. The absorption cross section is estimated from a simple mechanical phenomenological model. The results are in plausible agreement with the absorption being due to a sparse layer of charge on the nanoparticle surface.Comment: 8 pages, 5 figures, submitted to Journal of Nanoelectronics and Optoelectronic

Inelastic neutron scattering due to acoustic vibrations confined in nanoparticles: theory and experiment

The inelastic scattering of neutrons by nanoparticles due to acoustic vibrational modes (energy below 10 meV) confined in nanoparticles is calculated using the Zemach-Glauber formalism. Such vibrational modes are commonly observed by light scattering techniques (Brillouin or low-frequency Raman scattering). We also report high resolution inelastic neutron scattering measurements for anatase TiO2 nanoparticles in a loose powder. Factors enabling the observation of such vibrations are discussed. These include a narrow nanoparticle size distribution which minimizes inhomogeneous broadening of the spectrum and the presence of hydrogen atoms oscillating with the nanoparticle surfaces which enhances the number of scattered neutrons.Comment: 3 figures, 1 tabl

Fragmentation du combustible nucléaire UO2 en environnement oxydant : Etude cinétique et phénoménologique

Une des voies envisagées pour apporter de la flexibilité à la gestion du combustible UO2 usé/irradié est son entreposage à sec. Ce mode de gestion pose en particulier la question de la tenue du combustible en cas de scénario accidentel qui entraînerait la mise à l'air des pastilles de UO2. La cinétique d'oxydation et la phénoménologie de la fragmentation de UO2 entre 250 et 330°C ont été étudiées à partir de vieillissements sous O2 et sous air de monocristaux et de fragments de pastilles de combustible non irradiés. En environnement oxydant, l'initiation de la fissuration semble due à la relaxation des contraintes de traction induites par la contraction du réseau cristallin lors de la croissance d'une couche de U4O9/U3O7 en surface de UO2. Ainsi, une période d'incubation avant fissuration, dont la durée chute avec l'augmentation de la température, est mise en évidence. Durant leur oxydation, monocristaux et fragments présentent une fissuration progressive conduisant à leur subdivision jusqu'à une taille de grain submicronique

Toxicological Risk Assessment of Emerging Nanomaterials: Cytotoxicity, Cellular Uptake, Effects on Biogenesis and Cell Organelle Activity, Acute Toxicity and Biodistribution of Oxide Nanoparticles

The lack of toxicological data on nanomaterials makes it difficult to assess the risk related to their exposure, and as a result further investigation is required. This chapter presents the synthesis of controlled oxide nanoparticles followed by the evaluation of their safety profile or toxicity (iron, titanium and zinc oxides). The controlled surface chemistry, dispersion in several media, morphology and surface charge of these nanoparticles are presented (transmission electron microscopy, dynamic light scattering, zeta potential, X-ray photoelectron spectroscopy). Classical cytotoxic and cellular uptake studies on different cancer cell lines from liver, prostate, heart, brain and spinal cord are discussed. The incidence of nanoparticles on biogenesis and activity of cell organelles is also highlighted, as well as their biodistribution in animal models. The acute toxicity on zebrafish embryo model is also presented. Finally, the stress is put on the influence and the necessity of controlling the protein corona, a layer of plasma proteins physically adsorbed at the surface of such nanoparticles as a result of their presence in the bloodstream (or relevant biological fluids)

Differential impact of drugs on the outcome of ETV6-RUNX1 positive childhood B-cell precursor acute lymphoblastic leukaemia : results of the EORTC CLG 58881 and 58951 trials

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Biomedical Applications of Nanoparticles

This book provides an overview of the design and physico-chemical properties of nanoparticles developed for biomedical applications such as targeting and detection of pathologies, nanovectorization of drugs, radiosensitization, metal detection, and nanocomposite implants. The considerations necessary when developing a new nanomedicine are also developed, including toxicological investigation, biodistribution, and efficacy. This book provides an accurate and current representation of the field by addressing the promises and hurdles of nanomedicine via 20 different pertinent studies. Covering a wide range of areas, this book is an excellent partner for physico-chemists, doctors, pharmacologists, and biochemists working on nanosciences dedicated to medicine, both in industry and in academia

Ingénierie d'un nouveau nanobiohybride à base de nanorubans de titanates pour la médecine régénérative

Ce travail de recherche est consacré à l ingénierie d un nouveau nanobiohybride à base de nanorubans de titanates pour la médecine régénérative. Dans un premier temps, les nanorubans ont été synthétisés par traitement hydrothermal et leurs caractéristiques morphologiques, structurales et chimiques ont été définies. Une caractérisation fine par différentes techniques de microscopie électronique à transmission a notamment permis de déterminer leur épaisseur; dimension qui n avait encore jamais été mesurée. Par la suite, les nanorubans de titanates ont été fonctionnalisés par différents PEG hétérobifonctionnels préalablement synthétisés au laboratoire. Ces polymères présentent à l une de leurs extrémités des groupements fonctionnels spécifiques pouvant se coupler à de nombreuses molécules biologiques. Des peptides de type collagène contenant des sites de reconnaissance cellulaire ont alors été greffés sur ces extrémités. Le nanobiohybride ainsi formé devra permettre l'adhésion et la prolifération des cellules favorisant in fine la cicatrisation et la régénération tissulaire. Pour évaluer les propriétés biologiques du nouveau nanobiohybride, la cytoxicité et le pouvoir agrégeant des nanorubans de titanes ont été déterminés par des tests MTT, réalisés sur deux populations de cellules (cardiomyocytes et fibroblastes) et par des tests d agrégation plaquettaire (sang humain). Enfin, dans le cas d une utilisation pour favoriser le processus de cicatrisation, le nouveau nanobiohybride a été formulé sous forme d un hydrogel d alginate de sodium permettant une application directe sur les tissus lésés. Pour confirmer l intérêt de cette formulation galénique, des premiers tests in vivo ont été réalisésThis research work is devoted to new nanohybrid engineering composed of titanate nanoribbons for regenerative medicine. Over a first phase, nanoribbons were synthesized by hydrothermal treatment and their morphological, structural and chemical features were defined. A fine characterization by means of different techniques of transmission electron microscopy mainly enabled to determine their thickness; dimension which had never been measured so far. Subsequently, titanate nanoribbons were functionalized by different home-made heterobifunctional PEG. Those polymers present at one of their extremities specific functional groups being able to couple with numerous biological molecules. Some collagen type peptides containing cellular recognition sites were grafted onto those extremities. The so-formed nanobiohybrid will permit cellular adhesion and proliferation favouring in fine tissue healing and regeneration. To evaluate new nanohybrid biological properties, titanate nanoribbons cytoxicity and aggregating power were determined by MTT tests, performed on two cell populations (fibroblasts and cardiomyocytes) and platelet aggregation tests (human blood). Finally, when used to promote healing process, the new nanobiohybrid was formulated in the form of sodium alginate hydrogel permitting a direct application on damaged tissues. To confirm the interest of this galenic form, initial in vivo tests were realizedDIJON-BU Doc.électronique (212319901) / SudocSudocFranceF

Elaboration de nanoparticules fonctionnelles (applications comme agents de contraste en IRM)

Les nanoparticules d oxyde de fer de structure spinelle ouvrent de nombreuses voies dans le domaine biomédical. Parmi les applications possibles, les propriétés superparamagnétiques des cristallites d'une dizaine de nanomètres permettent de les utiliser pour le diagnostic médical, notamment en Imagerie par Résonance Magnétique (IRM).Ce travail a consisté à élaborer des suspensions colloïdales de nanoparticules de magnétite ou de maghémite (nommées USPIO pour Ultrasmall SuperParamagnetic Iron Oxide) compatibles avec les conditions physiologiques (pH = 7,4 et [NaCl] = 0,15 M).Par co-précipitation classique, des USPIO, de taille de cristallites de 8 nm, de surface spécifique de 110 m .g-1 et agrégés en assemblages d environ 20 nm ont été obtenus. Pour stabiliser ces nano-objets, deux voies ont été explorées. Des agents électrostatiques (acide citrique et DMSA) ont modifié la charge nette de surface des oxydes de fer. La stabilisation stérique a également été explorée par greffage de méthoxy-PEG couplés à des fonctions silanes (mPEG-Si). Par combinaison de mPEG2000-Si et de DMSA, des suspensions stables ont également été obtenues. De plus, les fonctions thiols apportées par le DMSA et présentes à la surface des agrégats se trouvent protégées de leur oxydation naturelle par l'encombrement stérique des chaînes de polymère (la formation de ponts disulfures est évitée). La post-fonctionnalisation de ces nanoparticules via ces fonctions thiols est alors possible plusieurs semaines après leur synthèse. Ce concept a été validé par post-greffage d un fluorophore (0,48 RITC/nm ) pour la détection in vitro en microscopie à fluorescence.En parallèle de cette étude en batch , des nanoparticules d oxyde de fer ont été synthétisées en continu à l aide d un procédé hydrothermal pouvant s étendre au domaine eau supercritique. En voie hydrothermale classique, des USPIO stabilisés par des ions citrates ont été obtenus en continu. Grâce aux propriétés physicochimiques de l eau supercritique, la co-précipitation de magnétite a été possible sans l utilisation de base.La cytotoxicité et l internalisation cellulaire de ces USPIO ont été évaluées sur trois modèles cellulaires (macrophages RAW, hépatocytes HepG2 et cardiomyocytes) et les efficacités comme agents de contraste en IRM de ces nanoparticles ont été mesurées sur gel et sur modèle murin et comparées à un agent de contraste commercial à base d oxyde de fer. Les nanohybrides étudiés n ont pas présenté de cytotoxicité et ont développé des pouvoirs contrastants comparables à l agent commercial. La biodistribution hépatique des nanoparticules couplées au mPEG-Si a été retardée de plus de 3 heures ouvrant la voie à des détections spécifiques.Spinel structured iron oxide nanoparticles open the way of biomedical applications of nanomaterials.Superparamagnetic properties of ten nanometer size crystallites permit to use them in diagnosis such as Magnetic Resonance Imaging (MRI).The aim of this work was to synthesize colloidal suspension of magnetite or maghemite (called USPIO for Ultrasmall SuperParamagnetic Iron Oxide) stable in physiological conditions (pH = 7.4 and [NaCl] = 0.15M).By classical co-precipitation method, UPSIO were synthesized with a mean crystallite size of 8 nm, with a specific surface area of 110 m .g-1 and an aggregate size of 20 nm. To stabilize these nano-objects, two ways were investigated. Electrostatic agents (like citric acid and DMSA) modified iron oxide surface charge. Steric stabilization was also studied by grafting methoxy-PEG coupled with a silane function (mPEG-Si).and the combination mPEG - DMSA also resulted in stable suspensions. Moreover thiols functions coming from DMSA and present on the surface of the nanoparticles were prevented from oxidation thanks to steric protection of polymer chains. Thanks to this method post-functionalization of USPIO was possible several weeks after synthesis. This concept was validated with the post-grafting of a dye (0.48 RITC per nm ) used for in vitro detection in fluorescent microscopy.Nanoparticles were also synthesized in a continuous way with a hydrothermal process which could work from soft chemistry to supercritical water. In classical hydrothermal conditions, USPIO stabilized with citrates were obtained in a continuous way. Thanks to the physico-chemical properties of supercritical water, co-precipitation of magnetite without base adding was possible.Cytotoxicity and cellular internalization assays were done with our USPIO in three cellular models (macrophages RAW, hepatocytes HePG2 and cardiomyocytes). Moreover the efficiency as MRI contrast agents were measured in gels tubes and on mice models and compared to an iron oxide commercial product. Late hepatic biodistribution (more than three hours) was proven with pegylated nanoparticles, which opens the way of specific detections.DIJON-BU Doc.électronique (212319901) / SudocSudocFranceF

Interface externe et propriétés structurales d'un solide nanométrique (cas de nanocristaux de g-Fe2O3 , adsorption d'eau et transition de phase g-a)

DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF

Easy Route to Functionalize Iron Oxide Nanoparticles via Long-Term Stable Thiol Groups

International audienceThe functionalization of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIOs) by meso-2,3-dimercaptosuccinic acid (DMSA) was investigated. Under ambient conditions, the thiol groups from DMSA are not stable and do not allow a direct functionalization without storage in stringent conditions or a chemical regeneration of free thiols. In this study, we have developed a protocol based on poly(ethylene glycol) (PEG) grafting of SPIO prior to DMSA anchoring. We have observed that PEG helps to increase the stability of thiol groups under ambient conditions. The thiol functionalized SPIOs were stable under physiological pH and ionic strength as determined by Ellman's essay and allowed us to graft a thiol reactive fluorescent dye: tetramethylrhodamine-5-maleimide (TMRM)