Academic literature on the topic 'Nanosondes'

Les cibles épigénétiques telles que les histones désacétylases (HDAC) sont étudiées comme nouveaux traitements anticancéreux, leur fonctionnement anormal étant associée aux processus cancéreux. De nombreux inhibiteurs de ces enzymes sont apparus tel que le SAHA ou le CI-994. Notre laboratoire a développé un nouvel analogue de la trichostatine A appelé NODH. Malgré leur activité anticancéreuse in vitro prometteuse, ces inhibiteurs souffrent de leur manque de solubilité, d'effets toxiques et de leur rapide métabolisation par l'organisme. Afin de pallier ces limitations, ces iHDAC peuvent être conjugués à des vecteurs capables de les transporter dans l'organisme et de les libérer une fois la cible tumorale atteinte. Ce travail de thèse a consisté dans un premier temps à développer des prodrogues acido-sensibles capable de libérer la substance active après endocytose par les cellules. Ces systèmes ont été appliqués aux trois iHDAC SAHA, CI-994 et NODH. Les prodrogues développées ont ensuite été accrochées sur des nanoparticules polymériques connues pour leur biocompatibilité et leur accumulation dans les tumeurs grâce à l'effet EPR. L'activité anticancéreuse de certaines nanoparticules a été validée par des tests in vitro et in vivo. Un deuxième travail a été entrepris concernant la préparation de prodrogues fluorescentes pH labiles capables de libérer la substance active et de moduler la fluorescence par la variation du pH. La dernière partie de ce travail a été consacrée à la mise au point d'une nouvelle méthode de synthèse par voie superacide potentiellement stéréosélective de benzofuranones nécessaires à la préparation d'analogues de NODH
Epigenetic targets like histone deacetylases (HDAC) are studied as new anticancer treatments, their dysfunctioning being associated to cancer mechanisms. Several epigenetic target inhibitors have been developed like SAHA or CI-994. Our group has developed a new trichostatin A analogue called NODH. Despite their promising in vitro anticancer effect, these inhibitors suffer from lack of solubility, toxic effects and rapid clearance. These constrains make the HDACi good candidates for ligation to vectors able to carry them in the body and to release them when the tumor is reached. The first part of this thesis work has focused on the development of acid sensitive prodrugs able to release an active substance after cellular internalization by endocytosis. These systems were applied to three HDACi SAHA, CI-994 and NODH. These prodrugs were then conjugated to polymeric nanoparticles known for their biocompatibility and their accumulation in tumors exploiting the EPR effect. The anticancer activity of some nanoparticles has been validated by in vitro and in vivo tests. The second part of this work was carried out in order to prepare pH sensitive fluorescent prodrugs able to release the active molecule and to modulate the fluorescent effect by pH changes. The last part of this work was dedicated for the development of a new synthesis in suparacid potentially stereoselective of several benzofuranones required for the preparation of NODH analogs

Les nanoparticules d'or possèdent des propriétés optiques remarquables dues à leur résonance plasmonique. A la résonance, les sections efficaces d'absorption et de diffusion peuvent devenir grandes devant la section géométrique de la nanoparticule. Ceci ouvre la voie à de nombreuses applications en particulier dans le domaine biomédical. Il est par exemple possible de suivre de façon individuelle une nanoparticule unique par sa diffusion de lumière ou de les utiliser comme source photothermique locale efficace. Dans une première partie, nous avons élaboré des nanoparticules d’or en formes de demi-sphères ou nanocroissants, par la technique dite de lithographie par masque de nanosphères. Cette technique reproductible permet l'obtention de nanocroissants monodisperses intégrant éventuellement d'autres fonctionnalités. En particulier, nous avons réalisé des nanosondes hybrides alliant des propriétés magnétiques ou de fluorescence aux propriétés plasmoniques. L'anisotropie de forme des nanocroissants leur confère des propriétés optiques anisotropes qui permettent de sont la signature de leur orientation. Ainsi, dans une seconde partie, nous avons développé une technique de mesure locale de la température à partir des corrélations du signal lumineux diffusé par un nanocroissant individuel sous microscopie à champ sombre. Le mouvement brownien rotationnel des nanoparticules permet d'accéder à la température de l'environnement immédiat. Enfin, dans une troisième partie, nous avons développé un montage expérimental de photothermie à l'aide d'un laser coïncidant avec une des résonances plasmons des nanocroissants. Les nanocroissants se comportent alors comme des sources de chaleur nanométriques. L'élévation locale a pu être mesurée à distance, avec une précision de l'ordre du degré, en utilisant la spectroscopie de corrélation de la diffusion
Gold nanoparticles have remarkable optical properties due to their plasmon resonance. At resonance, their absorption and scattering cross-sections can be larger than their geometric section. This opens the way to many applications especially in the biomedical field. For example it is possible to track a single nanoparticle by its scattered signal, or use it as a source efficient photothermal transducer. In the first part, we have developed gold nanoparticles with half-sphere shaped, called nanocrescents, by nanosphere lithography. This reproducible technique allows the production of monodisperse nanocrescents, possibly incorporating other additional properties. In particular, we designed hybrid nanoprobes combining magnetic properties or fluorescence plasmonic properties. The anisotropic shape of nanocrescents gives them anisotropic optical properties that have the signature of their orientation. In a second part, we have developed a technique to measure local temperature from corrélations of the scattered light from an individual nanocrescent under dark field microscopy. The rotational Brownian motion of the nanoparticle gives access to the temperature of the immediate environment. Finally, in the third part, we have developed a photothermic setup using a laser that coincides with one of the plasmon resonances of the nanocroissants. These latter behave as nano-heater. The local increase of temperature was measured remotely, with an accuracy of approximately one degree, using the scattering correlation spectroscopy

La spectroscopie de corrélation de fluctuation a été utilisée pour étudier la réponse optique, en solution, de molécules et de billes d'or nanométriques individuelles, fonctionnalisées ou non, en vue du développement de nouvelles sondes biochimiques. Les expériences réalisées s'appuient sur un système de microscopie confocale et/ou biphotonique optimisé pour la détection de faibles signaux. Plusieurs procédés de filtrage du signal de fluorescence et d'algorithmes de calcul de la corrélation ont permis une analyse détaillée des signaux acquis. A travers un modèle original, je montre qu'il faut tenir compte de la réponse impulsionnelle tensorielle du microscope lors de l'ajustement des courbes de corrélation de particules ayant un diagramme d'émission anisotrope. Je me suis intéressé à trois types de nanosondes différentes. J'ai montré que l'on peut caractériser efficacement des sondes calciques comme l'Oregon Green Bapta 5N par spectroscopie de corrélation de fluctuations tout en pointant les limites de la méthode. J'ai ensuite mis en évidence et caractérisé une anisotropie inattendue de l'absorption à deux photons et de l'émission de photoluminescence de nanosphères d'or. Son interprétation montre l'importance du rôle des états de surface et de celui des ligands et de leur dynamique. J'ai aussi caractérisé des nanosondes formées de particule d'or fonctionnalisées avec des chromophores. Une technique originale s'appuyant sur la nature hybride de la sonde, m'a permis de démontrer l'hétérogénéité de ces systèmes, la formation d'agrégats de fluorophores et la très forte annihilation de la fluorescence des chromophores liés aux particules d'or.

L'imagerie médicale est devenue la pierre angulaire de la lutte contre diverses maladies (cancer, maladies cardiovasculaires) puisqu'elle permet de détecter et de suivre l'évolution de la maladie et d'orienter le traitement. La tendance actuelle consiste à combiner plusieurs techniques d’imagerie complémentaires pour exploiter les avantages de chacune d’elles tout en surmontant leurs limites. Parmi les nombreuses possibilités, la combinaison de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et de la tomographie par émission de positon (TEP) semble très intéressante, car elle allie la haute résolution de l'IRM à la sensibilité exceptionnelle de la TEP. Si le développement de ce dispositif constitue en soi un défi de taille, la conception de sondes multimodales constitue également une étape essentielle pour l'exploitation d’imageurs intégrés IRM/TEP. Pour réaliser le développement de sondes multimodales pour l’imagerie simultanée IRM/TEP, deux stratégies basées sur le caractère multifonctionnel des nanoparticules ont été explorées, en gardant à l'esprit que ces agents d'imagerie doivent être éliminés par clairance rénale (Dh ˂ 10 nm). La première a consisté en la synthèse de nanoparticules d'or ultrapetites revêtues par deux types différents de chélateur pour une complexation sélective des ions gadolinium (IRM) et des émetteurs de positons (TEP). La deuxième stratégie a reposé sur la réduction d’un sel d’or en présence de molécules dithiolées contenant deux sites de complexation spécifiques. La réduction du sel d'or en présence d'un mélange de deux différents chélateurs ou en présence de molécules dithiolées contenant deux sites de complexation spécifiques a fourni des nanoparticules d'or ultrapetites (taille du cœur d’or (TEM) : 2 à 3 nm et diamètre hydrodynamique (DLS) : 6 - 8 nm) capables d’immobiliser à la fois les ions gadolinium et les ions cuivre-64. En conséquence, la biodistribution de ces nanoparticules a pu être suivie simultanément par IRM et TEP sur un même animal avec le même dispositif d'imagerie IRM/TEP intégré et après une seule injection intraveineuse. Cette étude a également confirmé une libre circulation des nanoparticules et une excrétion rénale sans aucune accumulation indésirable dans l'organisme sain. Ce travail a montré que les nanoparticules d'or ultrapetites revêtues par deux types différents de chélateurs ou des molécules contenant deux sites de complexation spécifiques possèdent un fort potentiel pour l'imagerie bimodale IRM/TEP
Medical imaging has become a cornerstone of the fight against various diseases (cancer, cardiovascular diseases) since it allows to detect and monitor the development of disease and to guide therapy. The current trend is to combine several complementary imaging techniques to exploit the advantages of each while overcoming their limitations. Among the numerous possibilities, the combination of magnetic resonance imaging (MRI) and positron emission tomography (PET) appears very attractive because it allies the high resolution of MRI to the exceptional sensitivity of PET. If the development of this imaging device is in itself a significant challenge, the design of multimodal probes also constitutes an essential step for exploiting MRI/PET fused technology. For achieving the development of multimodal probes for integrated MRI/PET, two strategies based on the multifunctional character of the nanoparticles have been explored, keeping in mind that these nanostructured imaging agents must be removed by renal clearance (Dh< 10 nm). The first one consists in the synthesis of ultrasmall gold nanoparticles coated by two different types of chelator for a selective complexation of gadolinium ions (for MRI) and of positron emitters (for PET). The second strategy allowed to reduce gold salt in presence of dithiolated molecules containing two specific complexation sites.The reduction of gold salt in presence of a mixture of two different dithiolated chelators or in presence of dithiolated molecules containing two specific complexation sites provides ultrasmall gold nanoparticles (core size (TEM): 2-3 nm and hydrodynamic diameter (DLS): 6-8 nm) which are able to immobilize both gadolinium ions and 64-copper (II) ions as it was shown by the characterization after radiolabeling. As a result, the biodistribution of these nanoparticles can be monitored by T1-weighted MRI and by PET on a same animal with the same imaging device integrating PET and MRI modalities after a single intravenous injection.This study confirmed also a free circulation and a renal excretion without any indesirable accumulation within the healthy organs.This work has shown that ultrasmall gold nanoparticles coated by two different types of chelator or molecules containing two specific complexation sites have a high potential for bimodal imaging MRI/PET

Les techniques d’excitation multiphotonique connaissent aujourd’hui un engouement accru dû aux nombreux avantages qu’elles offrent pour de nombreuses applications, notamment en termes de sélectivité, de localisation et de profondeur de pénétration. C’est le cas des techniques de microscopie non-linéaires qui ouvrent la voie à une imagerie du vivant plus "douce" et plus performante, à condition toutefois que soient développés les marqueurs et les sondes adaptés. Après une première partie consacrée aux différents types de sondes déjà existantes et aux généralités concernant la fluorescence induite par absorption à deux photons et la génération de seconde harmonique, ce travail décrit la stratégie mise en place pour accéder à de nouveaux outils moléculaires permettant de sonder, en temps réel, trois paramètres locaux d’importance biologique : le pH, le potentiel de membrane et le microenvironnement. L’ingénierie développée a permis la synthèse et l’étude de plusieurs familles de sondes présentant, en plus d'une réponse non-linéaire élevée, une dépendance marquée de leurs caractéristiques photophysiques vis-à-vis du paramètre à sonder
Multiphotonic excitation methods have attracted increased attention in relation to their convenient advantages regarding selectivity, 3‑D localisation and penetration depth. Non‑linear microscopies are one of the most promising techniques which allow a softer and higher‑performance biological imaging, only if high-performance adequate markers and probes are developed. In the first part of this work we present different existing probes and general concepts about two‑photon absorption induced fluorescence and second harmonic generation. Secondly, we present our work about the strategy used to create new molecular tools in order to probe, in real time, three important biological local parameters: pH, membrane potential, and microenvironment. The molecular engineering which has been developed allowed synthesis and study of several families of probes that show, besides a large non linear response, a great dependence of their photophysical characteristics to the probed parameter

Les cancers ovariens se distinguent par leur faible incidence, associée à une mortalité élevée, et représente la cinquième cause de mortalité par cancer pour la population féminine. Cette mortalité est due principalement à l’absence de symptômes aux stades précoces des cancers ovariens, retardant leur diagnostic, majoritairement posé lorsqu’une carcinomatose péritonéale est installée. La cavité abdominale est alors envahie par de nombreuses métastases. Le traitement de référence est la chirurgie de cytoréduction complète et la chimiothérapie par voie intraveineuse. Lors de la chirurgie, le chirurgien doit inspecter la totalité de la surface de la cavité péritonéale, et éliminer des tumeurs de toutes tailles, mêmes submillimétriques. Faute de pouvoir détecter toutes les métastases, la cytoréduction est souvent partielle, avec pour conséquence une diminution des chances de guérison. Afin de guider le chirurgien et améliorer le pourcentage de cytoréduction complète, des sondes fluorescentes, conçues pour marquer spécifiquement les tumeurs, ont été développées. Malgré des résultats encourageants, ces sondes souffrent de nombreuses limitations en termes de brillance, de stabilité, et de modularité. Dans ce contexte, de nombreuses nanoparticules, capables de passer outre ces limitations, suscitent un grand intérêt. Parmi celles-ci, des nanocristaux semi-conducteurs, appelés quantum dots, se distinguent par une brillance exceptionnelle. Notre étude s’est basée sur ces quantum dots, associés à un agent de ciblage de référence pour les cancers ovariens, le folate. D’abord testées sur modèles cellulaires et tumoraux in vitro, ces nanoparticules ont démontré de bonnes capacités d’imagerie. Ces propriétés ont ensuite été expérimentées sur modèle murin de carcinomatose péritonéale. Enfin, la bioaccumulation des quantum dots restant un obstacle à leur application clinique, différentes alternatives ont été appliquées pour tenter d’obtenir leur excrétion
Ovarian cancers have a low incidence but a high mortality rate, making them the fifth cause of death by cancer for female population. This high mortality rate is associated with the absence of symptom at the early stage of ovarian cancer, often delaying the diagnosis to advanced stages, mainly peritoneal carcinomatosis. At this stage, metastases have already invaded the abdominal cavity. The reference treatment combines a complete cytoreduction surgery and intravenous chemotherapy. During the cytoreduction, the surgeon must inspect the whole peritoneal surface, and remove all of all sizes, even sub-millimetric. Because of the difficulty to detect and to remove every cancerous tissue, cytoreduction is frequently incomplete, thus reducing the recovery rate. To guide the surgeon and to increase the percentage of complete cytoreduction, fluorescent probes have been developed to target tumors specifically. Despite encouraging results, these probes suffer from many limitations such as low brightness, weak stability and cumbersome modularity. In this context, nanoparticles, that are able to outpass these limitations, have generated a growing interest. Among these nanoparticles, semiconductor nanocristals, called quantum dots, display an exceptional brightness. We investigated these quantum dots, associated with folate, a reference targeting agent for ovarian cancers. Firstly investigated on in vitro cellular and tumor model, folate targeted nanoparticles show encouraging imaging capabilities. These capabilites were also experimented on peritoneal carcinomatosis murine model. Finally, the main obstacle to quantum dot clinical application remains their bioaccumulation, therefore, different alternatives were explored to achieve excretion

Ce travail consiste en l’élaboration et l’optimisation de nanobiomarqueurs superparamagnétiques pour une technologie innovante, le MIAplex®, développée par Magnisense pour la détection ultra-sensible de molécules biologiques par immunoanalyse magnétique. Le MIAplex® permet d’évaluer le comportement magnétique à bas champ, en mesurant directement la dérivée seconde de l’aimantation. L’obtention d’une signature originale ouvre la perspective de tests multiparamétriques. En tant que premiers utilisateurs du MIAplex®, nous commençons ce travail par la mise en place des conditions et paramètres de mesure pour une mesure optimale et reproductible. Afin de relier la signature MIAplex® à la mesure conventionnelle de l’aimantation, une étude comparative est réalisée. Nous montrons ainsi que la signature MIAplex® correspond à la dérivée seconde de l’aimantation SQUID mesurée à bas champ [-15 kA. M-1; 15 kA. M-1] et pour un très faible pas de mesure (0. 4 kA. M-1). Les courbes expérimentales des ferrofluides en système dilué sont modélisées avec la fonction de Langevin pondérée par une distribution en taille des nanocristaux. Deux comportements sont observés : dans le cas des nanoparticules de petite taille ou de faible polydispersité, une seule distribution en taille proche de la taille cristalline suffit pour modéliser la courbe d’aimantation bas champ. Pour des nanoparticules de plus grande polydispersité et de taille médiane supérieure à 10 nm, les simulations font intervenir des distributions en taille supplémentaires. Un modèle cœur-coquille permet d’attribuer la population de plus grande taille à l’aimantation du cœur superparamagnétique et la seconde population à l’aimantation plus faible de la coquille. A travers l’étude de l’influence de la composition chimique, de l’état de surface et de la forme, différents nanomarqueurs sont sélectionnés en tant que candidats pour les dosages immunologiques multiparamétriques. La dernière partie présente les premiers tests multiparamétriques réalisés avec la technologie MIAplex®. Nous présentons une technologie prometteuse pour le dosage multiparamétrique immunologique, basée sur une mesure originale du comportement magnétique à bas champ, que nous relions aux propriétés physico-chimiques des nanoparticules superparamagnétiques
This work is the elaboration and the optimization of superparamagnetic nanoparticles as biolabels for an innovative technology, the MIAplex®, developed by Magnisense for the high-sensitive detection of biological molecules implied in magnetic immunoassays. By directly measuring the second derivative of magnetization, the MIAplex® can assess the weak-field magnetic behaviour. The original as-obtained signature opens the prospect of multiparametric testing. As primary users of MIAplex®, we start this work by the establishment of conditions and measurement parameters for optimal and reproducible measurement. To link the MIAplex® signature to the conventional measurement of the magnetization, a comparative study was conducted. We show thereby that the MIAplex® signature corresponds to the second derivative of the SQUID magnetization measured at weak field [-15 kA. M-1; 15 kA. M-1] with a very low increment step (0. 4 kA. M-1). The experimental curves of diluted ferrofluids are modeled with the Langevin function weighted by the size distribution of the nanocristals. Two behaviours are observed: in the case of nanoparticles of small size or low polydispersity, a single size distribution close to the cristal size is sufficient to model the weak-field magnetization curve. For nanoparticles of larger polydispersity and with a median size greater than10 nm simulations involve additional size distributions. A core-shell model allows us to assign the largest size population to the magnetization of the superparamagnetic core and the second population to the lower magnetization of the shell. Through the study of the influence of chemical composition, surface condition and crystal shape, different nanomarkers are selected as candidates for multiparametric immunoassays. The final part presents the first multiparametric tests performed with the MIAplex® technology. We so introduce a promising technology for multiparametric magnetic immunoassays based on a novel measurement of the weak-field magnetic behaviour and we connect this signature to the physico-chemical properties of superparamagnetic nanoparticles

Les techniques d'excitation multiphotonique connaissent aujourd'hui un développement important lié aux nombreux avantages qu'elles offrent pour de nombreuses applications, en termes de sélectivité, de localisation et de profondeur de pénétration notamment. C'est le cas des techniques de microscopie multiphotonique qui ouvrent la voie à une imagerie biologique plus "douce" et plus performante, mais nécessitent des marqueurs fluorescents efficaces et bio-compatibles. Certains quantum dots inorganiques possèdent des brillances à deux photons élevées, mais sont constitués de métaux lourds toxiques. L'approche tout-organique développée dans ce travail, qui repose sur le confinement d'un grand nombre de fluorophores sur des plates-formes dendrimériques phosphorées non toxiques, a permis d'obtenir une large variété de nano‑objets extrêmement brillants. Il est possible de moduler leur couleur de fluorescence en changeant la nature du fluorophore greffé, mais nous montrons également que le transfert d'énergie de type FRET peut constituer une alternative intéressante pour décaler vers le rouge l'émission de ces nano-objets. Enfin, dans une dernière partie, nous avons développé des nanosondes hydrosolubles de complexité croissante (monochromophiques, multichromophoriques, hétérochromophoriques à transfert d'énergie). L'enfouissement des fluorophores au sein de l'enveloppe dendrimérique permet de limiter les effets négatifs de l'eau sur leur brillance, et ces nanodots hydrosolubles ont pu être utilisés avec succès en imagerie multiphotonique in vivo. Enfin, des tests préliminaires montrent l'absence de toxicité de ce type de sondes et confirment leur biocompatibilité
Quantums dots are very popular luminescent nanoparticles, made from semi-conductors (such as CdSe), which can be used both in classical fluorescence imaging and in multiphotonics, but which contain toxic heavy metals such as cadmium. Our approach, which aims at substituting these toxic components with organic biocompatible elements, relies on the confinement of a large number of organic fluorophores within spherical nano-objects of controlled size and structure, by grafting them on the surface of a non-toxic dendrimeric architecture. This strategy is highly modular and a large variety of organic nanodots of various sizes, colors and kinds (neutral, charged…) can be prepared for specific applications. As compared to “hard” nanoparticles such as quantum dots, nanodots are “soft” objects with discrete, fully controlled and reproducible structures. Their emission color does not depend on their size, but only on the nature of their constituting chromophores. Several series of nanodots have been synthesized, and exceptionally bright “soft” nanoparticles of few nanometers in diameter have been obtained, with quantum yields larger than 50%, molar extinction coefficients up to 7 106 M-1 cm-1 and two-photon absorption cross-sections up to 6 104 GM, often outperforming the best quantum dots. The modularity of the concept was exemplified by tuning the fluorescence color, by varying the core geometry, and by synthesizing water-soluble nanodots, the efficiency of which was demonstrated in multiphoton imaging on living animal

Jusqu’à tout récemment, la plupart des travaux effectués pour l’exaltation de la fluorescence moléculaire avaient comme substrat l’argent ou l’or sous forme de nanoparticules. Toutefois, ces deux métaux ne sont pas tout à fait adaptés pour l’exaltation de la fluorescence dans l’UV avec leur maximum plasmonique situé aux environs de 400 nm pour l’argent et aux environs de 530 nm pour l’or. L’intérêt de l’UV vient principalement de visées biomédicales considérant qu’une majorité de biomolécules absorbent et émettent dans cette région. Dans le cadre de ce projet, les biomolécules d’intérêt sont l’ADN qui fluorescence grâce aux bases azotées et les trois acides aminés aromatiques, le tryptophane, la tyrosine et la phénylalanine, qui sont quant à eux responsables de la fluorescence des protéines. Le but de ce projet est de développer un système nanoparticulaire permettant l’exaltation de la fluorescence dans l’UV. Le métal choisi est l’indium puisque ce dernier fait partie du groupe du bore (Al, Ga, In, Tl) et que ceux-ci sont caractérisés par de faibles pertes par absorption, mais également pour leur forte bande plasmonique vers 300 nm. L’indium possède donc toutes les qualités requises pour permettre l’exaltation de la fluorescence dans l’UV. Dans ce projet, des nanoparticules sphériques d’indium ont été développées avec une taille modulable entre 60 et 80 nm. Le plasmon de ces nanoparticules se situe vers 310 nm. Par la suite, ces mêmes cœurs d’indium ont été recouverts d’une couche diélectrique protectrice de silice. L’avantage d’une coquille de silice est la facilité avec laquelle l’épaisseur peut en être modifiée. La taille des coquilles synthétisées varie entre 5 et 50 nm. Une fois cette couche synthétisée, différentes avenues ont été envisagées pour le greffage des fluorophores en surface. Le choix final s’est arrêté sur l’incorporation des fluorophores à l’intérieur même d’une couche de silice. Les fluorophores sont préalablement modifiés pour faire en sorte qu’ils se lient de manière covalente à la silice. Le choix des fluorophores principaux s’est arrêté sur le Carbostyril 124, en tant que fluorophore modèle, et sur le tryptophane puisqu’il s’agit de l’acide aminé le plus fluorescent. Des facteurs d’exaltation de fluorescence de l’ordre de 3 et 7 ont respectivement été obtenus pour le Carbostyril 124 et le tryptophane. D’autres tests préliminaires ont également été menés sur les autres acides aminés, la tyrosine et la phénylalanine, ainsi que sur l’ADN.
Until recently, most of the work done on metal-enhanced fluorescence of molecular fluorophores employed silver and gold nanoparticles as the substrate. However, these metals are not perfectly suit for fluorescence enhancement in the UV region of the spectrum as their maximum plasmonic bands are centered at approximately 400 nm and 530 nm for silver and gold, respectively. The interest in the UV region is mostly due to biomedical studies as most of the biomolecules absorb and emit in this region. In this project, the focus is on DNA, which is fluorescent via the nucleobases, en even more so on proteins which owe their intrinsic fluorescence to the three aromatic amino acids, tryptophan, tyrosine and phenylalanine. The main goal of this project is to develop a nanostructure able to support metal-enhanced fluorescence in the UV. Indium seems to be the perfect metal to work with as it is part of the boron group (Al, Ga, In, Tl) which is characterized by low absorption losses, but also by its strong plasmonic band centered at approximately 300 nm making it suitable for metal-enhanced fluorescence studies in the UV. In this project, indium nanoparticles with a size ranging from 60 to 80 nm were developed with a plasmon approximately centered at 310 nm. Then, a protective dielectric layer of silica was synthesized on the indium core. The thickness of the silica layer is easily tunable; it is used to find the optimal distance to observe a maximal fluorescence enhancement. Silica shells between 5 and 50 nm were used. Different strategies were considered for the grafting of the fluorophores on the surface of indium-silica nanoparticles. Incorporation of the fluorophore into a silica layer was chosen as it allows for covalent bonding between the fluorophore and the silica layer. Two different fluorophores were used. The first one is Carbostyril 124, acting as a model fluorophore, and the second one is tryptophan as it is the most fluorescent amino acid. Enhancement factors of up to 3 and 7 were obtained for Carbostyril 124 and tryptophan, respectively. Others preliminary tests have been made on tyrosine and phenylalanine, the two other fluorescent amino acids, and on DNA.

L’objectif de ce travail est d’utiliser les nanoparticules (NPs) de nanosondes fluorescentes de température en particulier dans les films lubrifiants. Le développement de ces nanosondes nécessite la détermination de leurs sensibilités thermiques afin de pouvoir sélectionner les NPs les plus prometteuses. Pour atteindre cet objectif, nous avons présenté deux méthodes d’élaboration utilisées pour la synthèse des nanostructures à base de SiC-3C, la méthode d’anodisation électrochimique et la méthode d’attaque chimique. Dans le premier cas, les analyses FTIR,RAMAN et MET des NPs finales ont montré que la nature chimique de ces NPs est majoritairement formée de carbone graphitique. L’étude détaillée de la photoluminescence de ces NPs a montré que le processus d’émission dépend de la chimie de surface des NPs, du milieu de dispersion et de sa viscosité, de la concentration des suspensions et de la température du milieu. Pour la deuxième famille de NP de SiC, les analyses cohérentes MET, DLS et PL ont montrées une taille moyenne de 1.8 nm de diamètre avec une dispersion de ±0.5nm. Le rendement quantique externe de ces NPs est de l’ordre de 4%. Les NPs dispersées dans l’éthanol, n’ont pas montré une dépendance à la température exploitable pour notre application. Par contre, les NPs de SiC produites par cette voie, étant donné la distribution en taille resserrée et le rendement quantique « honorable » pour un matériau à gap indirect, sont prometteuses pour des applications comme luminophores en particulier pour la biologie grâce à la non toxicité du SiC. Dans le cas des NPs de Si, nous avons également étudié deux types différents de NPs. Il s’agit de : (i) NPs obtenues par anodisation électrochimique et fonctionnalisées par des groupements alkyls (décène, 1-octadécène). Nous avons mis en évidence pour la première fois une très importante variation de l’énergie d’émission dEg/dT avec la température de type red-shift entre 300 et 400K. Les mesures de(T) conduisent à une sensibilité thermique de 0.75%/°C tout à fait intéressante par rapport aux NPs II-VI. De plus il a été montré que la durée de vie mesurée n’est pas fonction de la concentration. (ii) NPs obtenue par voie humide et fonctionnalisées par le n-butyl. Pour ce type de NPs nous avons mis pour la première fois en évidence un comportement de type blue-shift pour dEg/dT de l’ordre de -0.75 meV/K dans le squalane. Pour ces NPs, la sensibilité thermique pour la durée de vie de 0.2%°C est inférieure à celle des NPs de type (i) mais largement supérieure à celle des NPs de CdSe de 4 nm (0.08%/°C). La quantification de cette la sensibilité à la température par la position du pic d’émission dEg/dT et de la durée de vie nous permet d’envisager la conception de nanosondes de température basée sur les NPs de Si avec comme recommandations l’utilisation de NPs obtenues par anodisation électrochimique et de la durée de vie comme indicateur des variations en température
The goal of this study is the use of Si and SiC nanoparticles (NPs) as fluorescent temperature nanoprobes particularly in lubricating films. The development of these nanoprobes requires the determination of their thermal sensitivity in order to select the best prospects NPs. To achieve this goal, we presented two preparation methods used for the synthesis of 3C-SiC based nanostructures : (i) anodic etching method and (ii) chemical etching method. In the first case, the FTIR, Raman and TEM analysis of final NPs showed that the chemical nature of these NPs is formed predominantly of graphitic carbon. The detailed photoluminescence study of these NPs showed that the emission process depends on the surface chemistry of the NPs, the dispersion medium and its viscosity, the suspension concentration and temperature of the environment.. In the second case, coherent TEM, DLS and PL analyzes showed an average size of 1.8 nm in diameter with a dispersion of ±0.5 nm. The external quantum efficiency of these NPs is 4%. NPs dispersed in ethanol, did not show an exploitable fluorescence dependence on temperature for our application. On the other hand, 3C-SiC NPs produced by this way, given the narrow size distribution and the reasonably high quantum yield for an indirect bandgap material, are promising for applications such as luminophores in particular in the biology field thanks to nontoxicity of SiC. In the case of Si we studied also two different types of NPs. (i) NPs obtained by anodic etching and functionalized by alkyl groups (decene, octadecene). We have demonstrated for the first time an important red-shift in the emission energy dEg/dT with temperature from 300 to 400K. The PL lifetime measurement(T) lead to a thermal sensitivity of 0.75% /°C very interesting compared to II-VI NPs. Furthermore it has been shown that t is not depending on the concentration. (ii) NPs obtained by wet-chemical process and functionalized with n-butyl. For this type of NPs we have identified for the first time a blue-shift behavior of dEg dT in the order of -0.75 meV/K in squalane. The thermal sensitivity for the PL lifetime of these NPs is 0.2%/°C, which is lower than that of NPs obtained by anodic etching method, but much greater than that of CdSe NPs with 4 nm of diameter (0.08%/°C). Quantification of the temperature sensitivity by the position of emission peak dEg/dT and the PL lifetime dτ/dT allows us to consider the realization of temperature nanoprobes based on Si NPs with recommendations to use Si NPs obtained by anodic etching method and PL lifetime as an indicator of temperature changes