Fonctionnalisation de nanoparticules de silicium pour l’imagerie biomédicale

Functionalizing silicon nanoparticles for biomedical imaging

• Auteur / Autrice : Vincent Maurice
• Direction : Nathalie Herlin-Boime, Eric Doris
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sol-gel, Procédé

Fluorescence

Nanoparticules

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Mots clés libres

Imagerie de fluorescence

Résumé

Nous avons étudié et modifié les propriétés de nanoparticules de silicium produites par pyrolyse laser, en vue de leur utilisation comme marqueurs pour l’imagerie biologique en fluorescence. Dans un premier temps, les propriétés de surface des particules ont été étudiées, en particulier leurs mécanismes d’oxydation. Les particules de silicium sont en effet facilement oxydées en milieu aqueux, entrainant leur destruction si ce phénomène n’est pas contrôlé. La connaissance des facteurs provoquant la dégradation des propriétés des particules en milieu biologique nous a permis de définir la stratégie de fonctionnalisation adoptée pour cette étude. Nous avons choisi de protéger les particules par une couche de silice, formée par sol-gel en phase homogène ou en microémulsion, d’épaisseur allant de 1 à 30 nm environ. Les particules encapsulées ont été caractérisées, en particulier, leur vitesse d’oxydation à pH neutre a été mesurée. Puis elles ont été couvertes d’amines afin de les coupler à des molécules organiques. Des chaînes de PEG ont été greffées sur les amines pour améliorer la stabilité colloïdale des particules ainsi que leur résistance à l’oxydation. Ensuite, nous avons réalisé le greffage d’une protéine, afin d’apporter une fonctionnalité biologique aux particules. Les différentes fonctions greffées ont été dosées par différentes méthodes. Les particules ont également été utilisées pour réaliser des essais d’imagerie biologique ainsi que des mesures de toxicité.

We studied and modified the properties of silicon nanoparticles produced by laser pyrolysis, to use them as fluorescent probes for biological imaging. At first, the surface properties of the particles have been studied, especially their oxidation mechanisms. The silicon particles are indeed easily oxidized in aqueous medium, leading to their destruction if this phenomenon is not controlled. Knowledge of factors causing the deterioration of the properties of particles in biological media has allowed us to define the functionalization strategy adopted for this study. We chose to protect the particles with a layer of silica formed by sol-gel process in homogeneous phase or microemulsion, its thickness ranging from 1 to 30 nm. The encapsulated particles have been characterized, in particular, their rate of oxidation at neutral ph was measured. They were then covered with amines in order to graft organic molecules to their surface. PEG chains were grafted onto the amines to improve the colloidal stability of the particles and their resistance to oxidation. Then we performed the grafting of a protein, to provide biological functionality to the particles. The various functions grafted were assayed by different methods. The particles were also used for biological imaging tests as well as measures of toxicity.