Etude des interactions de surface et biocompatibilisation de nanocristaux fluorescents

Study of surface interactions and biocompatibilization of fluorescent nanocristals

• Auteur / Autrice : Fabien Knittel
• Direction : Eric Doris
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 11/10/2013
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Chimie de Paris-Sud (Orsay, Essonne ; 2006-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de Chimie Bio-Organique et de Marquage - Service de Chimie Bio-Organique et de Marquage
• Jury : Président / Présidente : David Bonnafé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Doris, David Bonnafé, Alain Wagner, Thierry Gacoin, Benoît Dubertret, Edmond Gravel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alain Wagner, Thierry Gacoin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tritium

Fluorescence

Nanoparticules

Mots clés libres

Quantum dots

Tritium

Étude de surface

Biocompatibilisation

Nanocristaux fluorescent

Quantum dots

Tritium

Surface study

Biocompatibilization

Fluorescent nanocristals

Résumé

Durant cette thèse nous avons, dans un premier temps, mis au point un protocole robuste pour quantifier l’échange de ligands à la surface de nano-objets, en prenant les quantum dots comme particules d’étude. Cette méthode se base sur la sensibilité de détection d’un élément radioactif, le tritium. Pour étudier l’échange de ligands, nous avons synthétisé de l’acide oléique tritié, dont l’équivalent non-marqué est un composé très couramment utilisé dans la chimie des QD. Nous avons élaboré un protocole permettant de déterminer la densité de ligands à la surface de quantum dots de type CdSe zinc blende par une méthode innovante. Par ailleurs, nous avons réalisé une étude permettant de déterminer la capacité qu’a un ligand à remplacer l’acide oléique présent à la surface des QD. On a ainsi obtenu une échelle des forces relatives de liaison de diverses fonctions chimiques suivant leur aptitude à déplacer l’acide oléique. Cette étude devrait permettre d’améliorer la compréhension et la mise au point des protocoles utilisés pour la préparation des QD. Dans un second temps, nous avons développé deux stratégies d’encapsulation de QD afin de les solubiliser dans l’eau avec comme objectif des applications en imagerie in vivo. Ces deux approches tentent de répondre aux nombreuses exigences liées à l’utilisation de QD en milieux biologiques. Dans cette optique, nous avons synthétisé des amphiphiles polymérisés d’une part et des amphiphiles perfluorés d’autre part. Des lots de QD, de type CdSe/CdS/ZnS émettant dans le visible, solubilisés selon ces deux stratégies ont été préparés et leur stabilité éprouvée dans plusieurs conditions. Nous avons ensuite appliqué l’encapsulation à des QD de type CuInS2/ZnS émettant dans le proche infrarouge. Des études préliminaire sont pu être réalisées par d’imagerie de fluorescence chez la souris afin d’évaluer in vivo ces nouvelles formulations de QD.

In this thesis we have, at first, developed a robust protocol to quantify the exchange of ligands on the surface of nano-objects, using quantum dots in this study. This method is based on the detection sensitivity of a radioactive element, tritium. To study the exchange of ligands, we synthesized tritiated oleic acid, whose unmarked equivalent is commonly used for the synthesis of QD. Thanks to an innovative method, we have developed a protocol to determine the density of ligands on the surface of zinc blende CdSe quantum dots. In addition, we conducted a study to determine the ability of a ligand to replace oleic acid on the surface of the QD. A scale of relative bond strengths of various chemical functions according to their ability to displace oleic acid has been obtained. This study is expected to improve the understanding and the development of protocols for the preparation of QD.In a second step, we developed two encapsulation strategies of QD in order to obtain colloidal stability in water with in vivo imaging applications as final aim. Both approaches attempt to answer the requirements for the use of QD in biological media. In this context, we have synthesized photopolymerisable amphiphilic compounds on the one hand and perfluorinated amphiphilic compounds on the other. Batches of CdSe/CdS/ZnS QD emitting in the visible, solubilized by these two strategies have been prepared and their stability tested in several conditions. We then applied the encapsulation strategy developed to CuInS2/ZnS QD emitting in the near infrared. Some preliminary studies have been carried out by in vivo fluorescence imaging in mice to assess these new QD formulations.