Academic literature on the topic 'Nanoparticules – Effets du zinc'

La présente étude a permis d’analyser les effets de l’ajout d’une charge de nanoparticules de Cloisite Na+ (nanoargile) dans une résine d’urée-formaldéhyde utilisée dans la fabrication de panneaux de particules. La Cloisite Na+ a été incorporée à 2 %, 4 % et 6 % de la masse sèche de résine. La densité, l’absorption d’eau (AE), le gonflement (G), les modules de rupture (MR) et d’élasticité (ME) et la résistance interne à l’arrachement (RI) ont été mesurés pour évaluer la performance des panneaux. Des améliorations significatives ont été constatées pour G, MR et ME avec de la Cloisite Na+ incor- porée dans la résine. Plus précisément, pour les échantillons au liant UF additionné de 6 % de nanoargile, les valeurs MR et ME augmentent respectivement de 34 % et de 65 % par rapport aux panneaux de référence.

C'est à cause de leur petite taille (une dimension inférieure à 100 nm) que les nanoparticules sont utilisées dans de nombreux domaines d'application (textiles, cosmétiques,. . . ). Certains de ces nanomatériaux sont déjà commercialisés. Cet essor des nanosciences n'a malheureusement pas été accompagné par les études toxicologiques adéquates. Le but de mon travail est donc d'apporter des éléments de réponse à cette problématique. Dans cette optique, l'analyse des interactions biologiques entre des nanoparticules d'oxyde de zinc (ZnO) semiconducteur utilisé dans les crèmes solaires, et Escherichia coli, une bactérie présente dans l'environnement, a été réalisée. Le comportement toxique des ZnO a été évalué dans deux milieux : un milieu de croissance classique, le Luria Bertani (LB), et un milieu environnemental, l'eau de Seine. Les résultats obtenus dans ce travail ont mis en évidence la nécessité d'une approche pluridisciplinaire pour étudier l'impact toxique des nanoparticules. Ainsi, des effets bactériostatique et bactéricide des nanoparticules ont été démontrés, mais la comparaison des effets biologiques observés lors d'une incubation avec des ions Zn2+, suggère une dissolution partielle des nanoparticules. Cette hypothèse a été confirmée par l'étude de la solubilité des nanoparticules dans les différents milieux. La composition du milieu joue indéniablement un rôle dans le potentiel toxique des ZnO. L'implication d'un stress oxydatif dans les mécanismes de toxicité des nanoparticules a également été observée en utilisant une souche mutée pour l'enzyme de la superoxyde dismutase
As they are small, the nanoparticules which one of the dimensions is inferior to 100 nm, are used in many processes (textile, cosmetics,. . . ) and some nanomaterials are already included in consumer goods. Despite the rise of nanosciences, few studies have determined the ecotoxicological and environmental impact of the nanoparticles. The aim of this study is to find some answers to these issues. To do so, the study of the biological interactions between ZnO nanoparticles (semi conductor incorporated in the sunscreen composition), and a Escherichia coli, a bacteria présent in the environment, was performed. The toxic behaviour of ZnO nanoparticles was evaluated in two media: a growth medium Luria Bertani (LB), and an environmental medium, Seine river water. The results obtained in this work show that the toxic impact studies of nanoparticles needed a pluridisciplinary approach. Indeed, the bacteriostatic and bactericidal effects of nanoparticles were evidenced in this work, but a comparison of the biological effects obtained during incubation with Zn2+ ions, suggested the partial dissolution of the nanoparticles. This hypothesis was confirmed by solubility experiments performed in both media. The composition of the medium influences the potential toxicity of ZnO. The implication of oxidative stress in the mechanisms of nanoparticles toxicity was observed by using a mutant strain for the superoxide dismutase enzyme

De par leur taille (<100nm) leur conférant des propriétés nouvelles, les nanoparticules (NPs) sont déjà utilisées dans de nombreux produits de la vie quotidienne. La population y étant donc exposée de façon croissante, elles sont au cœur de nombreuses discutions sur la santé publique et environnementale. En effet, les NPs sont capables de pénétrer dans l'organisme, traverser différentes barrières biologiques telles les barrières alvéolaires, placentaire, ou encore hématoencéphalique, s'accumuler dans certains organes et potentiellement induire diverses pathologies. Pouvant s'agréger dans le cerveau, des études ont déjà montré des effets modulateurs des NPs sur les activités bioélectriques des neurones, mais aucune à ce jour n'a permis d'évaluer leurs effets potentiels sur l'activité de tout un réseau, tels ceux responsables de la genèse d'activités motrices impliquées dans des fonctions vitales. Mon travail de thèse s'est donc attaché à déterminer si les NPs, en particulier d'oxyde de zinc (ZnO), pouvaient modifier l'activité des réseaux de neurones responsables de la genèse des activités respiratoire et locomotrice. Cette étude, réalisée ex-vivo sur des préparations de moelle-épinière/tronc cérébral ou de tranches bulbaires isolées de rat nouveau-nés, mais également in-vivo après injection des NPs au cours de la gestation, a permis de combiner des approches électrophysiologiques, pharmacologiques et neuroanatomiques. Ce travail doctoral a permis de mettre en évidence l’existence d'un effet délétère des NPs ZnO sur les neurones respiratoires, provoquant lors d’une exposition aigue une augmentation de la fréquence inspiratoire suivie d'un arrêt précoce et définitif de toute activité. De plus, les NPs modifient le rythme ventilatoire et prolongent la durée des pauses respiratoires (apnées) d'animaux nouveau-nés dont la mère a été exposée de façon chronique aux NPs ZnO au cours de la gestation. Enfin, elles perturbent également l'activité des réseaux spinaux locomoteurs en provoquant un changement du rythme et en modifiant les patrons d'alternance caractéristiques de cette activité. Ces données permettent d'apporter un éclairage nouveau concernant la neurotoxicité potentielle des NPs ZnO sur le fonctionnement et le développement des réseaux neuronaux moteurs chez les mammifères, mais elle permet également de s'interroger sur la vulnérabilité périnatale des organismes lors d'une exposition maternelle au cours de la gestation. Malgré les avantages technologiques et économiques qu'offre le développement des nanotechnologies et des nanoparticules, il est donc nécessaire de considérer avec attention le risque chimique que pourrait représenter l'exposition (aiguë et/ou chronique) aux NPs sur la santé de la population en général, mais également dans la cadre d'activités professionnelles
Due to their size (<100nm) that confers them unique properties, nanoparticles (NPs) are used in many products of everyday life. The growing exposition of the population to NPs, have elicited concerns about their possible impact on health and environment. Indeed, NPs are able to enter and diffuse into organism, through the alveolar, placental, and blood-brain barriers. More dramatically, NPs accumulate into organs such as the brain, and could potentially induce various diseases. Recent findings have highlighted the ability of NPs to modulate the bioelectric properties of individual neurons. However, whether NPs could impair the functioning of a whole neural network, remained unknown. My doctoral work aimed at determining whether zinc oxide (ZnO) NPs alter the activity of neuronal networks that are responsible for the genesis of respiration and locomotion. Here, we have shown that acute exposure to ZnO NPs induced an increase of inspiratory frequency followed up by a premature cessation of the rhythm generation, using ex-vivo brainstem/spinal cord preparations from newborn rats. Our results have highlighted the inspiratory neurons from the pre-Bötzinger complex as a preferential target of ZnO NPs. When, ZnO NPs were injected chronically into gestating females, we observed a modification of the respiratory rhythm and an increase of respiratory pause duration (apnoea), by performing plethysmographic recordings in the following progeny. Taking together, those data shed a new light not only on the potential neurotoxicity of ZnO NPs, and as a consequence on the functioning of mammals' motors neurons networks, but also on organism perinatal vulnerability throughout maternal exposition during gestation

Nous explorons les propriétés structurales de nanoparticules cœur-coquille, avec un cœur de ferrite MFe2O4 (M = Mn et Co) ou de ferrite mixte Mn-Zn. Ces nanoparticules sont obtenues par co-précipitation hydrothermique et sont dispersées en milieu acide par un traitement de surface empirique au nitrate ferrique, protégeant les nanograins contre une dissociation chimique par une fine couche superficielle de maghémite. La fraction volumique du cœur, de la coquille et l’épaisseur de la couche superficielle sont déterminées par dosage chimique. Nous suivons les changements structurels des nanocristaux de MnFe2O4 et CoFe2O4, pendant la durée du traitement de surface, tandis que ceux des nanoparticules de ferrite mixte Mn-Zn sont étudiés en fonction de leur teneur en zinc. Diffraction de rayons-x et de neutrons sont utilisées pour déterminer les paramètres de structure, en particulier la diffusion de cations dans les interstices de la ferrite spinelle. Pour un haut degré de fiabilité, des raffinements de Rietveld sont réalisés. Les distances inter-atomiques, l’état d’oxydation moyen et le degré d’inversion sont déterminés par spectroscopie d’absorption des rayons-x. Morphologie, cristallinité et taille des nanoparticules de ferrite mixte Mn-Zn sont étudiées par TEM/HRTEM et par diffraction des électrons. Dans les nanoparticules MnFe2O4 et de ferrite mixte Mn-Zn, on constate la présence de cations Mn3+ en environnement octaédrique, responsables de déformations anisotropes (effet Jahn-Teller). Le degré d’inversion obtenu ici diffère de celui du bulk en raison de la réduction à l’échelle nanométrique et de l'augmentation du rapport surface/volume pendant le processus de synthèse
Structural properties of core-shell ferrite nanoparticles MFe2O4 (M = Mn and Co) and Mn-Zn ferrite nanoparticles are here investigated. The nanoparticles are synthesized by hydrothermal co-precipitation and are dispersed in acid medium thanks to an empirical surface treatment by ferric nitrate, which prevents the chemical dissociation by a thin maghemite layer incorporated at the surface of the nano-grains. Chemical titrations allow us to calculate volume fractions of core and shell, as well as the surface-layer thickness. Structural changes induced by the surface treatment are followed as a function of treatment duration in MnFe2O4 and CoFe2O4 nanocrystals. Whereas structural changes in Mn-Zn ferrite nanoparticles are investigated as a function of zinc content. X-ray and Neutron diffractions are used to determine the structural parameters, in particular cationic distribution in the spinel ferrite sites. Precise structural information with high degree of reliability is obtained by Rietveld refinements. To investigate the local structure of these materials, X-ray Absorption Spectroscopy measurements are performed, allowing determining interatomic distances, mean oxidation state and inversion degree. Morphology, crystallinity and size of mixed-ferrite nanoparticles are investigated by TEM/HRTEM and electron diffraction. In Mn-Zn ferrite nanoparticles, the presence of Mn3+ in octahedral environment is responsible for anisotropic distortions, known as Jahn-Teller effect. The inversion degree obtained in this work diverges from the bulk values due to the reduction to nanoscale and to the increase of the surface/volume ratio, associated to the synthesis process

Notre groupe a récemment développé une méthode organométallique pour la synthèse de nanoparticules de ZnO de taille et de forme contrôlées. Ce travail de thèse s'inscrit dans une démarche de généralisation de cette méthode à d'autres oxydes métalliques afin d'obtenir des particules de taille inférieure à 5nm. Le travail présenté dans ce manuscrit de thèse concerne la synthèse et l'étude de nanoparticules d'oxydes métalliques possédant soit des propriétés de luminescence (ZnO), soit des propriétés magnétiques (Gamma-Fe2O3, Co3O4, CoFe2O4, FeO ou CoO). Dans la première partie de cette thèse, nous montrons d'une part que l'ajout d'un précurseur organolithien lors de la synthèse des particules de ZnO modifie leur mécanisme de croissance, et d'autre part que la taille des particules dépend directement de la quantité d'organolithien et peut ainsi varier de 2,5 à 4,3 nm. De plus, les études de photoluminescence montrent que l'émission de ces particules varie du bleu au jaune en passant par le blanc. Dans la seconde partie, nous montrons que notre voie de synthèse peut être généralisée à des particules magnétiques comme Gamma-Fe2O3 et CoFe2O4. Nous montrons aussi la variation des interactions entre les particules en fonction de conditions de synthèse. Enfin, nous montrons que la flexibilité de notre approche organométallique nous permet d'accéder à des phases rares et peu stables comme FeO et CoO. La dernière partie de ce manuscrit présente une nouvelle méthode de synthèse de particules à partir de la réduction de précurseurs organométalliques par un complexe amine-borane. Des nanoparticules métalliques de Zn, Fe et Co sont ainsi obtenues
Our group has recently developed an organometallic synthetic approach for the synthesis of ZnO nanoparticles with controlled size and shape. The aim of this thesis is to generalise this method to other metal oxide nanoparticles with a size smaller than 5 nm. This work deals with the synthesis and the study of metal-oxide nanoparticles exhibiting either luminescent (ZnO) or magnetic properties (Gamma-Fe2O3, Co3O4, CoFe2O4, FeO or CoO). In the first part of this thesis, we show that adding an organolithium precursor during the ZnO nanoparticles synthesis modifies their growth mechanism. Therefore, the size of the particles is directly related to the amount of the organolithium precursor and varies from 2. 5 to 4. 3 nm. In this way, colloidal solutions and nanoparticles in the solid state are obtained which display a luminescence in the visible range from yellow to blue through white. In the second part, we show the generalisation of this approach to magnetic nanoparticles such as Gamma-Fe2O3 and CoFe2O4. We show therefore the variation of the interactions between the particles depending on the experimental conditions. Finally, we show that we can also adapt this approach to the synthesis of unstable phases such as FeO and CoO. The last part of this manuscript deals with the synthesis of metallic particles (Fe, Co, Zn) using an amine-borane complex as reducing agent of our organometallic complexes

Cette étude a pour objectif de comprendre comment les effets de température, de cinétiques de croissance, ou les effets d'environnement peuvent influencer la structure (cristalline ou non cristalline) et la configuration chimique (mélange/ ségrégation/ séparation de phase) de nanoparticules supportées d'Ag et de CoAg. Pour cela, des nanoparticules de CoAg de différentes tailles et compositions ont été préparées par condensation sous ultravide selon différents modes de croissance (co-dépôt ou dépôts séquentiels des deux métaux). Afin d'accéder à l'ensemble des caractéristiques des nanoparticules, des techniques complémentaires ont été couplées: la diffusion de rayons X aux petits et aux grands angles en incidence rasante et les techniques de microscopie en mode d'imagerie haute résolution ou filtrée en énergie. L'analyse préliminaire de particules d'Ag a montré l'existence de structures cristallines et non cristallines (icosaédriques) pour les petites (2-2.5nm) et grandes tailles (6-8nm). Une dominance de la structure décaédrique a été montrée entre ces deux extrêmes. Cette dernière disparaît complètement lors de l'élaboration en température. Pour le système bimétallique Co-Ag, à température ambiante et indépendamment de la taille, de la composition et du mode d'élaboration, les nanoparticules présentent une ségrégation avec une configuration de type coeur d'argent entouré d'une coquille plus ou moins continue à base de Co métallique et d'oxyde de Co. Lorsque les échantillons sont soumis à un traitement thermique, une transition s'opère conduisant à une ségrégation plus importante de type Janus.

A l'aube du XXIème siècle, les nanosciences et nanotechnologies promettent des progrès remarquables dans de nombreux domaines, mais soulèvent aussi de nombreuses inquiétudes en particulier au sujet de leurs effets sur la santé humaine et l'environnement. Cette étude a pour objectif d'apporter des éléments de réponse à la compréhension de la nature et de l'origine des effets biologiques de nanoparticules manufacturées : les oxydes de titane et les nanotubes de carbone. Pour cela les effets sur la viabilité cellulaire, la localisation cellulaire et la capacité à provoquer un stress oxydant, d'un panel de ces nanoparticules caractérisées de façon poussée ont été regardés in vitro sur deux modèles cellulaires : les cellules alvéolaires humaines A549 permettant de se placer dans un contexte d'exposition de l'homme par voie respiratoire et les bactéries Escherichia coli MG1655 et Cupriavidus metallidurans CH34 permettant de se placer dans un contexte de contamination environnementale. Il apparaît que les nanoparticules étudiées ne sont pas inertes pour ces différents modèles et que la nature et l'intensité des effets observés dépendent non seulement du modèle mais surtout des conditions d'exposition et des caractéristiques physicochimiques des nanoparticules qui pour certaines ont pu être identifiées comme prépondérantes.

A l'aube du XXIème siècle, les nanosciences et nanotechnologies promettent des progrès remarquables dans de nombreux domaines, mais soulèvent aussi de nombreuses inquiétudes en particulier au sujet de leurs effets sur la santé humaine et l'environnement. Cette étude a pour objectif d'apporter des éléments de réponse à la compréhension de la nature et de l'origine des effets biologiques de nanoparticules manufacturées : les oxydes de titane et les nanotubes de carbone. Pour cela les effets sur la viabilité cellulaire, la localisation cellulaire et la capacité à provoquer un stress oxydant, d’un panel de ces nanoparticules caractérisées de façon poussée ont été regardés in vitro sur deux modèles cellulaires : les cellules alvéolaires humaines A549 permettant de se placer dans un contexte d'exposition de l'homme par voie respiratoire et les bactéries Escherichia coli MG1655 et Cupriavidus metallidurans CH34 permettant de se placer dans un contexte de contamination environnementale. Il apparaît que les nanoparticules étudiées ne sont pas inertes pour ces différents modèles et que la nature et l’intensité des effets observés dépendent non seulement du modèle mais surtout des conditions d’exposition et des caractéristiques physicochimiques des nanoparticules qui pour certaines ont pu être identifiées comme prépondérantes.

Pour atteindre des densités de stockage d’information de plus en plus élevées, le codage magnétique ne peut se faire que sur des media composés de particules magnétiques de plus en plus petites tout en conservant une stabilité dans le temps élevée. Ainsi, le but ultime serait de produire des nanoparticules ferromagnétiques, magnétiquement indépendantes, servant d’unité de codage de l’information. Les alliages CoxPt100-x en fonction de leur composition peuvent être, du fait de leur anisotropie magnétocristalline et de leur fort moment magnétique, de très bons candidats pour de telles applications. Cependant retranscrire ces propriétés à l’échelle de nanoparticules n’est pas trivial compte tenu des fortes contributions des effets de surface et de confinement. L’étude a porté sur des nanoparticules de cobalt, platine et d’alliages CoxPt100-x préparées par dépôt d’atomes sous ultravide sur substrats amorphes. L’objectif de ce travail a été tout d’abord, de déterminer dans des conditions de préparation contrôlées avec ou sans traitement thermique, l’évolution de l’organisation sur la surface et de la morphologie des nanoparticules en fonction de la composition chimique et de la quantité d’atomes déposés. Ceci a essentiellement été étudié par microscopie électronique en transmission (MET). D’autre part, l’arrangement atomique au sein des nanoparticules (solution solide, alliage ordonné, structure cœur-coquille) a été déterminé par spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) en fonction non seulement des paramètres morphologiques et chimiques mais également en prenant en compte les effets environnementaux. Ces derniers se sont avérés primordiaux non seulement pour la qualité des informations obtenues mais aussi en raison des effets induits sur la structure cristalline des nanoparticules.

Ce travail porte sur l'etude des manifestations macroscopiques de l'anisotropie de surface des grains fins. On envisage d'abord ici l'aimantation statique d'une nanoparticule magnetique possedant une anisotropie de surface, uniaxe et soumise a un champ magnetique de direction arbitraire. Dans l'approximation dite de weak pinning, on s'interesse aux solutions des modeles d'anisotropie de surface de neel-brown et d'aharoni. L'etat magnetique reel de la nanoparticule est alors presente comme la superposition d'un etat uniforme et d'un jeu de modes spatiaux. Les problemes dynamiques concernent la resonance ferromagnetique (r. F. M. ) dans une particule spherique. Le premier cas envisage est celui d'une anisotropie de surface d'aharoni et d'une anisotropie volumique uniaxe (et colineaire a la precedente). On s'interesse a la reponse lineaire a un champ radiofrequence. On considere le mode d'oscillation le plus bas, remplacant la precession uniforme et donc observable par une technique r. F. M. Conventionnelle. Les frequences de resonance et les temps de relaxation sont trouves dans l'approximation d'un fort champ exterieur applique, soit parallelement, soit perpendiculairement a l'axe d'aimantation facile. Il est montre que l'anisotropie de surface provoque une modulation spatiale de l'amplitude de precession et un decalage du champ de resonance r. F. M. Le signe et l'amplitude de ce decalage dependent de l'angle entre l'axe de la particule et le champ exterieur. Les resultats theoriques sont en bon accord avec les donnees experimentales de r. F. M. Obtenues avec des solutions colloidales de nanoparticules de maghemite, triees en taille. Un autre probleme de r. F. M. Est resolu ici : celui d'une particule avec une anisotropie d'echange de surface susceptible de tourner selon la direction du champ exterieur applique. Comme n'importe quel ancrage de surface, ceci provoque des oscillations magnetiques non-uniformes mais a la consequence particuliere de provoquer un decalage du champ de resonance, independant de la direction du champ. Un tel effet avait ete observe il y a quelque temps par r. F. M. Avec des liquides magnetiques geles a basse temperature. Cet effet trouve ici son explication. La discussion de la resonance ferromagnetique d'une nanoparticule faite a basse temperature est alors etendue au domaine des temperatures finies, dans le regime du paramagnetisme developpe. Quelques traits importants des spectres experimentaux de r. F. M. Sont expliques en termes de lois d'echelle en fonction du parametre de langevin, rapport, pour une nanoparticule individuelle, de son energie magnetique a son energie thermique.

L'utilisation croissante des NPCe02 conduit à leur émission dans l'air intérieur et extérieur, rendant nécessaire l'étude de leurs effets pulmonaires potentiels. Notre objectif était d'étudier la capacité des NPCe02 à induire des effets à court et long terme sur des modèles bronchiques in vitro. Les propriétés physico-chimiques des NPCe02, de contrôles positifs (Mn203 and Ti02) et négatifs (BaSO4) ont été caractérisées, notamment en développant un test haut-débit pour évaluer leur potentiel oxydant intrinsèque. Une stratégie toxicologique in vitro basée sur la capacité des NPs à induire une cytotoxicité, réponse pro-inflammatoire et défense antioxydante de cellules épithéliales bronchiques humaines a été utilisée. Les modèles in vitro ont été traités avec une dose unique de NPCeO2 pendant 6, 24, 48 heures ou jusqu'à 28 jours, ou avec des doses répétées de NPCeO2 pendant 1 ou 4 semaines. Notre étude révèle un potentiel toxique intermédiaire des NPCeO2 par rapport aux autres NPs. Les NPCeO2 induisent l'expression d'ARNm d'antioxydants et un relargage de cytokines pro-inflammatoires. Notre étude demontre que les cellules primaires sont moins sensibles que la lignée cellulaire bronchique. Le développement de cultures primaires mucociliaires différenciées traitées en interface air-liquide a permis de détecter une réponse pro-inflammatoire retardée en réponse aux NPCeO2. Ces NPs induisent des effets cellulaires persistant jusqu'à 4 semaines d'exposition répétées et unique à forte dose. En conclusion, notre étude met en évidence la nécessité d'utiliser des modèles in vitro plus complexes permettant des expositions répétées et long-terme, afin de révéler les effets néfastes des NPCeO2
Considering the increased use of Ce02 NPs, which induces indoor and outdoor airborne emissions, there is a need to assess potential pulmonary responses to Ce02 NPs. Therefore, our objective was to examine the ability of Ce02 NPs to induce short and long-term effects on in vitro bronchial models with increasing complexity. Physicochemical properties of Ce02 NPs, positive controls (Mn203 and Ti02) and negative control (BaSO4) were characterized, especially by developing a high throughput assay to assess the intrinsic oxidative potential of NPs. An in vitro toxicological strategy based on their ability to induce cytotoxicity, pro-inflammatory response and antioxidant defense in human bronchial epithelial cells was used. In vitro models were treated with one single dose of Ce02 NPs for up to 48 hours or 28 days, or with repeated doses of Ce02 NPs for 1 or 4 weeks. Our study revealed an intermediate toxicological potential of Ce02 NPs in comparison to other NPs. Ce02 NPs induced antioxidant mRNA expressions and release of pro¬inflammatory cytokines. Our study also demonstrated that primary cells are less sensitive than the bronchial cell line but the development of differentiated mucociliary primary cultures treated at air-Iiquid interface allowed the detection of a delayed pro-inflammatory response. Ce02 NPs induced persistent cellular effects for up to 4 weeks of repeated exposure and surprisingly also after one single exposure at high dose. In conclusion, our study emphasized the necessity to use more complex in vitro models allowing long-term and repeated exposures, in order to reveal the adverse effects of Ce0, NPs