L’approche « safer‑by‑design » pour les nanomatériaux émergents : le cas des oxysulfures bimétalliques de gadolinium et cérium

Safer-by-design emerging nanomaterials : the case of bimetallic gadolinium-cerium oxysulfides

• Auteur / Autrice : Anh-Minh Nguyen
• Direction : Corinne Chanéac, Sophie Lanone
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 08/10/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Christine Ménager
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mélanie Auffan, Sophie Carenco
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Flahaut, Aurélien Deniaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photocatalyse

Oxysulfure de carbone

toxicité

Mesures de sûreté

Nanoparticules

Mots clés libres

Safer-by-design

Nanoparticule

Oxysulfure

Bimétallique

Gadolinium

Cérium

Toxicité

Photocatalyse

Safer-by-design

Nanoparticle

Oxysulfide

Résumé

Les nanomatériaux possèdent des propriétés fascinantes, mais sont considérés comme potentiellement dangereux. Cette image négative limite les possibilités d’innovation dans la recherche ainsi que dans l’industrie. Afin d’utiliser au mieux le potentiel des nanomatériaux émergents et d’assurer la sureté tout au long de leur cycle de vie, l’approche « safer-by-design » peut être appliquée dès les premières étapes de la recherche. Il s’agit d’étudier simultanément leurs propriétés, leur fonctionnalité et leur toxicité. Avec les informations acquises à chaque étape, la performance et la sureté de ces matériaux pourraient être améliorées.Les oxysulfures bimétalliques de gadolinium et de cérium de compositions Gd2(1-x)Ce2xO2S sont des nanomatériaux émergents, prometteurs pour la photocatalyse et l’imagerie biomédicale. Des nanoplaquettes de dimension 2 × 20 nm ont été préparées par synthèse colloïdale en milieu organique. Une caractérisation approfondie des produits a été fournie. Ensuite, l’approche « safer-by-design » a été discutée en relation avec la conception des nanoplaquettes d’oxysulfure pour la photocatalyse (absorption de lumière, photodégradation de colorants, production de radical) et l’imagerie biomédicale (revêtement, photoluminescence, propriétés magnétiques). Leur toxicité a été étudiée par une combinaison de modèles in vitro ainsi que in vivo. Pour les deux applications, le taux de cérium et les propriétés de surface des nanoplaquettes semblaient être les paramètres clés qui influent à la fois sur leur fonctionnalité et leur toxicité. Globalement, ce travail présente la première tentative de développement de nanoparticules d’oxysulfure métallique par l’approche « safer-by-design ».

Nanomaterials possess fascinating properties but are regarded as potentially harmful. This negative image limits the potential for innovation in both research and industry. To maximize the potential of emerging nanomaterials and ensure safety during their life cycle, “safer-by-design” may be employed in the early stage of nanomaterial research. It consists in investigating their properties, functionality and toxicity at the same time. With feedback between each step of the studies, the performance as well as the safety of the materials may be improved.Bimetallic gadolinium-cerium oxysulfides of compositions Gd2(1-x)Ce2xO2S are emerging nanomaterials that show potentials in photocatalysis and biomedical imaging. Nanoplatelets of dimension 2 × 20 nm were prepared by colloidal synthesis in organic solvent. In-depth characterization of the products was provided. Then, safer-by-design approach was discussed in relation with oxysulfide nanoplatelets design for photocatalysis (light absorption, photodegradation of dyes, radical production) and biomedical imaging (coating, photoluminescence, magnetic properties). Their potential toxicity was assessed using a combination of in vitro and in vivo models. For both applications, the cerium content and the surface properties of the nanoplatelets appeared to be key parameters that impact their functionality and toxicity. Overall, this work presents the first attempt to develop safer-by-design metal oxysulfide nanoparticles.