Mise au point de nanofibres et nanocristaux fluorescents à base de coumarines et d'iminocoumarines pour des applications dans le domaine des matériaux et du diagnostic

Development of fluorescent nanofibers and nanocrystals based of coumarines and iminocoumarines for applications in the field of materials and diagnosis

• Auteur / Autrice : Kacem Khemakhem
• Direction : Suzanne Fery-Forgues, Souhir Abid
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie moléculaire
• Date : Soutenance le 28/04/2017
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanocristaux

Applications industrielles

Coumarines

Mots clés libres

Coumarines

Iminocoumarines

Fluorescence

Nanocristaux

Diagnostic

Coumarins

Iminocoumarins

Fluorescence

Nanocrystals

Diagnosis

Résumé

Depuis une dizaine d'années, les nanofibres et nanocristaux organiques fluorescents font l'objet d'un intérêt croissant. On les considère de plus en plus comme des matériaux fonctionnels pour des applications dans le domaine de l'optoélectronique, des capteurs chimiques et biochimiques et de la biologie. Cela implique que l'on soit capable de fabriquer des nanofibres et des nanocristaux organiques fluorescents de bonne qualité, avec des coûts raisonnables et en quantité suffisante. Or, le développement récent de ces matériaux se heurte encore à de nombreuses limitations dont la principale est que très peu de molécules sont fluorescentes à l'état solide. En effet, il ne suffit pas que la molécule soit intrinsèquement fluorescente. Les propriétés photophysiques à l'état solide dépendent de l'arrangement moléculaire, qui est souvent défavorable à l'émission de fluorescence. De plus, peu de molécules donnent spontanément des fibres et il est difficile d'obtenir des nanocristaux de taille homogène. Heureusement, les molécules organiques se prêtent à de multiples modifications par voie de synthèse et de petits changements de structure entraînent de grandes variations dans les propriétés d'auto-association. Cela permet de jouer à la fois sur les propriétés photophysiques et sur la morphologie des particules obtenues. Nous disposons de dérivés de coumarines et d'iminocoumarines qui ont la propriété rare d'être très fluorescents à l'état solide. Certains sont même plus fluorescents à l'état solide qu'en solution. Le but de cette thèse est maintenant de développer cette série de composés, de les mettre sous forme de nanoparticules et d'étudier la relation structure/propriétés dans ces nouveaux objets en vue d'applications pratiques. Nous nous orienterons vers les applications les plus favorables (optique ou bio-imagerie médicale). En particulier, nous essaierons d'utiliser les nanocristaux pour marquer les cellules cancéreuses et mettre au point un nouveau système pour le diagnostic précoce des tumeurs.

In the last decade, fluorescent organic nanofibers and nanocrystals have been the object of an increasing interest. They are now considered as promising functional materials for applications in the fields of optoelectronics, chemical or biochemical sensors, and biology. A prerequisite for applications is the ability to produce good quality fluorescent organic nanofibers and nanocrystals, with reasonable costs and in sufficient amounts. However, the recent development of these materials is impeded by numerous limitations, the major one being that very few molecules are fluorescent in the solid state. Indeed, the photophysical properties in the solid state depend on the molecular arrangement, which is often unfavorable to fluorescence emission. Furthermore, few molecules give spontaneously fibers, and it is difficult to obtain nanocrystals of homogeneous size. Fortunately, organic molecules lend themselves well to various modifications by synthesis. Small structural changes entail big variations in both the photophysical and self-association properties. new coumarin and iminocoumarin derivatives have been designed and prepared. They exhibit the rare property to be very fluorescent in the solid state. Some are even more fluorescent in the solid state than in solution. The purpose of this thesis is now to develop this series of compounds, to put them in the form of nanoparticles and to study the structure/properties relationship in these new objects with the aim of practical applications. According to our obtained results, we shall turn to the most favorable applications (optics or bio-medical imaging). In particular, we shall try to use nanocrystals to label cancer cells with the aim to develop a new system for the early diagnosis of tumors.