Suivi écotoxicologique et physico-chimique de nanoparticules semi-conductrices possédant des propriétés luminescentes

Ecotoxicological and physico-chemical monitoring of home-manufactured quantum dots from luminescent devices

• Auteur / Autrice : Bingbing Deng
• Direction : Fayna Mammeri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanosciences, matériaux, surfaces
• Date : Soutenance le 17/10/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes (Paris ; 2001-....)
• Jury : Président / Présidente : Souhir Boujday
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Souhir Boujday, Thibaud Coradin, Fabien Grasset, Yan-gai Liu
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thibaud Coradin, Fabien Grasset

Mots clés

Mots clés contrôlés

physiologie

Mitochondries

Photosynthèse

Chlorella vulgaris

Toxicologie

Nanoparticules

Tests de toxicité

Sulfure de zinc

Mots clés libres

Écotoxicité

Quantum dots ZnS

Chlorella vulgaris

Activité photosynthétique

Activité des mitochondries

Ecotoxicity

ZnS quantum dots

Chlorella vulgaris

Photosynthetic activity

Mitochondria activity

Résumé

Les NPs de ZnS sont un semi-conducteur de type n avec un large gap de bang direct, il est largement utilisé dans de nombreux domaines commerciaux en raison de ses propriétés optiques, électroniques et magnétiques spécifiques. Par ailleurs, l'effet écotoxicologique potentiel des nanoparticules (NPs) a attiré de plus en plus l'attention des chercheurs. Les NP peuvent augmenter la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), induisant un stress oxydatif des cellules, et affecter les activités des mitochondries et des chloroplastes des organismes photosynthétiques, voire provoquer la mort cellulaire. Dans ce travail, nous avons préparé des NPs de ZnS : Mn de différentes tailles et des NPs de ZnS dopées par différents dopants par la méthode des polyols, qui est une méthode de synthèse très mature dans notre groupe. La petite taille des NPs ZnS : Mn (10%) est d'environ 1.1 à 1.5 nm, la grande taille est d'environ 8.5 nm, et les NPs ZnS monodopées Cu, Co sont d'environ 2.6 nm. Les tests XRD et TEM ont prouvé que toutes ces NPs ZnS ont une structure cubique. De plus, l'effet écotoxique de ces NPs ZnS sur Chlorella vulgaris a été évalué dans les milieux BG11, eau de la Seine (SRW) et eau de mer synthétique (SSW). L'activité photosynthétique, la viabilité cellulaire, l'activité des mitochondries et l'activité SOD ont été évaluées, et la structure et la morphologie des microalgues ont été mesurées par le test TEM. Nous avons démontré la toxicité des NPs de ZnS pour Chlorella vulgaris. Les NPs de ZnS : Mn (10%) de petite taille sont plus toxiques que les NPs de ZnS : Mn de grande taille, l'enveloppe de silice peut empêcher l'effet toxique des NPs de ZnS : Mn (10%) dans une certaine mesure. De plus, les NPs ZnS : Cu (10%) et ZnS : Co (10%) ont un effet toxique plus fort sur les mitochondries que les NPs ZnS : Mn (10%). De plus, le MET a montré que la paroi cellulaire est devenue plus mince et les NPs de ZnS ont été observées à l'intérieur du cytoplasme, et le cytoplasme a été détruit dans une certaine mesure après avoir été exposé dans le milieu traité par les NPs de ZnS pendant 96 heures.

ZnS NPs is a n-type semiconductor with a wide direct bang gap, it is widely used in many commercial fields due to its specific optical, electronic and magnetic properties. Besides, the potential ecotoxicology effect of the nanoparticles (NPs) has attracted more and more attentions of the researchers. NPs can increase the reactive oxygen species (ROS) production inducing the oxidative stress to the cells, and affect the mitochondria and chloroplast activities of the photosynthetic organisms, even caused the cell death. In this work, we prepared the different size ZnS: Mn NPs and the different dopants doped ZnS NPs by the polyol method, which is a very mature synthesis method in our group. The small size of ZnS: Mn (10%) NPs is around 1.1 to 1.5 nm, the big size is about 8.5 nm, and the Cu, Co monodoped ZnS NPs is about 2.6 nm. The XRD and TEM test had proved that all these ZnS NPs have a cubic structure. Moreover, the ecotoxicity effect of these ZnS NPs on Chlorella vulgaris were evaluated in BG11, Seine River water (SRW) and synthetic seawater (SSW) mediums. The photosynthetic activity, cell viability, mitochondria activity and SOD activity were assessed, and the structure and morphology of the microalgae were measured by the TEM test. We have demonstrated the toxicity of the ZnS NPs to Chlorella vulgaris. The small size ZnS: Mn (10%) NPs are more toxic than the big size ZnS: Mn NPs, the silica shell can prevent the toxicity effect of ZnS: Mn (10%) NPs to some extent. Moreover, the ZnS: Cu (10%) and ZnS: Co (10%) NPs have a stronger toxicity effect to the mitochondria than the ZnS: Mn (10%) NPs. Furthermore, the TEM showed that the cell wall became more thinner and the ZnS NPs were observed inside the cytoplasm, and the cytoplasm were destroyed to some extent after exposed in the ZnS NPs treated medium 96 h.