Développement de la synthèse micro-ondes de nanoparticules d'oxyde de fer superparamagnétiques pour des applications biomédicales

Development of microwave synthesis of superparamagnetic iron oxide nanoparticles for biomedical applications

• Auteur / Autrice : Thomas Girardet
• Direction : Franck Cleymand, Solenne Fleutot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 01/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Jacques Gaumet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Cleymand, Solenne Fleutot, Corinne Chanéac, Fabien Grasset, Sylvain Miraux
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Corinne Chanéac, Fabien Grasset

Mots clés

Mots clés contrôlés

Produits de contraste paramagnétiques

Micro-ondes

Nanoparticules magnétiques

Synthèse (chimie)

Nanoparticules d'oxyde de fer

Mots clés libres

Nanoparticules

Oxyde de fer

Micro-Ondes

Agent de contraste

Nanoparticles

Iron oxide

Microwave

Contrast agent

Résumé

Les nanomatériaux deviennent de plus en plus courant dans la vie quotidienne et dans des domaines différents comme l’environnement pour la dépollution des eaux et des sols, le stockage de l’énergie pour les batteries ou le stockage de l’information pour la spintronique. Parmi les nanomatériaux, ceux présentant un caractère magnétique sont particulièrement étudiés notamment pour des applications dans le domaine biomédical. Ainsi, les nanoparticules d’oxyde de fer suscitent un grand intérêt scientifique pour le domaine biomédical du fait de leur biocompatibilité, de la simplicité de leur synthèse ainsi que de son faible coût. Leurs propriétés superparamagnétiques (pas d’aimantation à température ambiante) permettent leur utilisation à des fins de diagnostic (agent de contraste en IRM), thérapie (hyperthermie, vectorisation) ou les deux. Au cours de ces travaux de thèse, la première étape a consisté à développer une nouvelle méthode de synthèse de nanoparticules d’oxyde de fer superparamagnétiques fonctionnalisées et stables dans une solution aqueuse : la synthèse micro-onde. Pour permettre un développement optimisé de cette synthèse, un plan d’expériences a été réalisé. Les synthèses ont ensuite été caractérisées par différentes techniques (MET, DLS, DRX, IRTF, spectroscopie Raman, spectroscopie Mössbauer, ATG, caractérisations magnétiques) pour déterminer au mieux leurs propriétés physico-chimiques : les nanoparticules obtenues d’un diamètre compris entre 2,5 et 4 nm sont stables dans des solutions aqueuses. Dans une deuxième étape le comportement biologique de ces nanoparticules (internalisation cellulaire, cytotoxicité, activité mitochondriale) a été étudié. Puis, une étude de la relaxivité des nanoparticules synthétisées a été menée afin de pouvoir comparer leur efficacité à celle des agents de contraste commerciaux comme l’Endorem®.

Nanomaterials are becoming more and more common in everyday life and in different fields such as the environment for water and soil decontamination, energy storage for batteries or information storage for spintronics. Among the nanomaterials, those with a magnetic character are particularly studied for applications in the biomedical field. Thus, iron oxide nanoparticles are of great scientific interest in the biomedical field because of their biocompatibility, the simplicity of their synthesis and their low cost. Their superparamagnetic properties (no magnetisation at room temperature) allow them to be used for diagnosis (MRI contrast agent), therapy (hyperthermia, vectorisation) or both. During this thesis, the first step was to develop a new method for the synthesis of superparamagnetic functionalized iron oxide nanoparticles that are stable in an aqueous solution: microwave synthesis. To allow an optimised development of this synthesis, an experimental design was carried out. The syntheses were then characterised by different techniques (TEM, DLS, XRD, FTIR, Raman spectroscopy, Mössbauer spectroscopy, TGA, magnetic measurements) to determine their physico-chemical properties as well as possible: the nanoparticles obtained with a diameter between 2.5 and 4 nm are stable in aqueous solutions. In a second step, the biological behaviour of these nanoparticles (cellular internalisation, cytotoxicity, mitochondrial activity) was studied. Then, a study of the relaxivity of the synthesised nanoparticles was carried out in order to be able to compare their effectiveness with that of commercial contrast agents such as Endorem®.