Ce mémoire est consacré à la synthèse et à l'étude de complexes métalliques originaux contenant des carbènes N-hétérocycliques (NHCs) fortement encombrés. Trois familles ont été élaborées : 1) des complexes Pd-PEPPSI "dissymmétriques" comportant un ligand imidazolylidène (Im) ayant comme N-substituants un groupe 9-alkyl-9-fluorényle (AF) ainsi qu'un aryle. Ces complexes se sont avérés des catalyseurs remarquables en couplage de Suzuki-Miyaura, présentant des performances comparables à celles d'analogues porteurs de deux groupes AF (dont l'excellente efficacité avait déjà été établie), démontrant ainsi le fort rôle stabilisateur du groupe AF; 2) des complexes trigonaux de cuivre(I) de formule générale [Cu(Im)(2,2'-dipyridylamine)]BF4 où le ligand carbénique est soit un carbène symétrique de type AF2-Im, soit dissymétrique de type (AF,Ar)-Im. Ici encore, la présence de substituants AF est un élément favorisant la stabilité des complexes en solution par rapport à une décomposition photo-induite. Contrairement à son anaolgue ayant un imidazolylidène porteur de deux substituants EtF, le complexe [Cu((EtF,Ph)-Im)(2,2'-dipyridylamine)]BF4 présente la particularité d'être luminescent en solution et à l'état solide; 3) des complexes Pd-PEPPSI contenant un imidazolilydène N-substitué par deux groupes identiques dont les extrémités sont des récépteurs potentiels de type calix[4]arène. Ces complexes ont la propriété de s'auto-assembler en formant une entité où les centres métalliques sont stériquement très protégés, avec pour conséquence de modifier sensiblement les propriétés catalytiques attendues du complexe. / Described herein are the stepwise syntheses and properties of three types of complexes based on sterically encumbered N-heterocyclic carbenes (NHCs): 1) Pd-PEPPSI complexes with an unsymmetrical imidalolylidene ligand having its N atoms substituted by a bulky 9-alkyl-9-fluorenyl (AF) group and an aryl group. These turned out to be very active Suzuki-Miyaura cross coupling catalysts with an activity comparable to previously reported, highly performing "symmetrical" analogues which bear two identical AF substituents. These findings illustrate the high stabilising effect of each individual AF group; 2) Trigonal copper(I) complexes with the general formula [Cu(Im)(2,2'-dipyridylamine)]BF4 in which the NHC ligands are symmetrical or not. Here again the AF substituents ensure complex stability with respect to air when compared to analogues displaying sterically non-bulky substituents. One of the complexes, namely [Cu((EtF,Ph)-Im)(2,2'-dipyridylamine)]BF4, was found to be strongly luminescent in solution and in the solid state; 3) Pd-PEPPSI complexes in which calix[4]arene-substituted phenyl moieties have been grafted on both N atoms, these behaving as potential receptor units. Owing to the presence of the calixarene termini, complexes of this type were found to self-assemble, thereby resulting in dimers with sterically highly protected metal centres. The formation of such species was correlated to the catalytic performance of these complexes.

La chiralité est une propriété essentielle des molécules naturelles, intervenant dans de nombreux mécanismes biologiques du vivant. Elle peut être caractérisée grâce à l’activité chiroptique des molécules chirales, à travers le dichroïsme circulaire, le pouvoir rotatoire, la dispersion rotatoire optique ou encore la luminescence polarisée circulairement. Les molécules biaryles et hélicéniques possèdent des propriétés chiroptiques intenses et sont des molécules de choix pour leurs applications dans de nombreux domaines, de la catalyse à l’optoélectronique.Les travaux réalisés au cours de cette thèse traitent de la synthèse de nouvelles molécules biaryles et hélicénoïdes et de l’étude de leurs propriétés spectroscopiques en interaction avec leur environnement. Dans un premier temps, nous avons effectué la synthèse de différentes familles de molécules à géométrie hélicoïdale possédant des systèmes aromatiques étendus. Afin de cibler des applications biologiques, nous avons également mis au point leur hydrosolubilisation par introduction de chaînes PEG. Dans un deuxième temps, nous nous sommes consacrés à l’étude de leurs propriétés spectroscopiques et en particulier chiroptiques en fonction de leur structure et de la dépendance de ces propriétés en présence de protons, de métaux ou d’acide désoxyribonucléique (ADN). Au cours de cette étude, une réaction photochimique inattendue a permis d’obtenir un produit photogénéré inédit présentant des interactions sélectives avec des ADN G-quadruplexes. Enfin, afin d’exploiter la modularité contrôlée des propriétés chiroptiques, nous avons travaillé sur un projet de conception de nouvelles molécules chirales pouvant détecter sélectivement les sucres en modifiant le squelette de ces molécules avec des acides boroniques. / Chirality is an essential property of natural molecules, involved in many living biological mechanisms. It can be characterized by the chiroptical activity of chiral molecules, through circular dichroism, rotatory power, optical rotatory dispersion or circularly polarized luminescence. Biaryl and helicenic molecules are known for their intense chiroptical properties and they can be used for their applications in many fields, going from catalysis to optoelectronics.The research carried out during this thesis deals with the synthesis of new biaryl and helicenoid molecules and the study of their spectroscopic properties in interaction with their environment. First, different families of helicoidal molecules with extended aromatic systems have been synthesized. In order to target biological applications, their hydrosolubilization was achieved by the addition of PEG chain. Then, we focused on their spectroscopic and especially chiroptical properties and their modulation according to their structures, their interaction with protons, metals or deoxyribonucleix acid (DNA). During these studies, we experienced an unexpected photochemical reaction, which lead to a new photogenerated product revealing selective interactions with DNA G-quadruplexes. Finally, in order to exploit the controlled modularity of chiroptical properties, new chiral molecules that selectively detecting sugars by with boronic acids have been designed.

Dans le cadre d' une recherche sur les détecteurs de neutrinos solaires de basse énergie, une étude cristallochimique et optique sur des oxydes et fluorures d'indium a été effectuée. Les cristaux des phases étudiées ont été préparés par des méthodes appropriées telles que la méthode du flux, la méthode de transport en phase gazeuse et la méthode de Bridgman. Les études structurales et de la luminescence ont été réalisées sur les poudres ou/et sur les monocristaux. Des propriétés luminescentes ont été mises en évidence pour plusieurs oxydes d'indium. Elles ont été attribuées a des transitions ayant un caractère de transfert de charge entre l' indium et l' oxygène dans le cas de In2TiO5, In2Si2O7 et In2Ge2O7, entre le tungstene et l'oxygène dans celui de In6WO12. Les durées de vie des états excites sont de l'ordre quelques microsecondes a très basse température. La luminescence de Ce3+ au sein de différents réseaux-hôtes, borate d'indium et de scandium, fluoroindates de type elpasolite A2A'InF6 (A=Rb, K A=K, Na) a été caractérisée. Une hypothèse basée sur le couple oxydo-réducteur In(III)-Ce(III) a été proposée pour expliquer l'extinction progressive de la luminescence bleu-vert du Ce(III) au site de l' In(III) dans les fluorures sous l' effet d' une irradiation dans les bandes 4f->5d avec apparition simultanée d'une émission rouge, phenomène optiquement et thermiquement réversible. La structure inedite du fluoroindate de lithium, LiInF4, a été resolue.

L’éclairage par « LEDs blanches » est devenu un enjeu majeur afin d’élaborer des dispositifs à bas coût, produisant une lumière confortable pour l’œil en évitant de forte composante bleue nocive pour la vue et la santé. A l’Institut Néel, nous développons un nouveau type de luminophores à base de poudres d’aluminoborate d’yttrium. Le caractère innovant de ces poudres est de produire une large bande d’émission dans l’ensemble du spectre visible, à partir de défauts structuraux présents dans la matrice amorphe. Ainsi ces luminophores permettraient de générer un éclairage blanc sous l'excitation de LED émettant dans le proche UV (370-390 nm). De plus, ces matériaux n’ont pas de lanthanides, ce qui réduit leur coût.Les luminophores d’aluminoborate d’yttrium ont dans un premier temps été préparés par la méthode des précurseurs polymériques, impliquant plusieurs étapes de recuits sous atmosphères contrôlées à des températures relativement élevées (700-740°C). Le travail de thèse a porté dans un premier temps sur la mise au point de la synthèse par voie sol-gel. Ces travaux ont permis de réduire simultanément les durées du procédé et les températures des traitements thermiques (450-650°C), ainsi que la perte de masse globale par décomposition des fonctions organiques des précurseurs.Par analyses thermiques (ATD, ATG) couplée à la spectrométrie de masse et RMN 13C, nous avons caractérisé la présence de résidus carbonés dans les poudres lorsqu’elles présentent de la luminescence. Néanmoins, une partie de ces résidus carbonés se trouvent sous forme de carbone pyrolytique (carbones aromatiques) qui entrainent une réabsorption partielle de la luminescence émise dans le visible, entrainant ainsi une diminution de l’intensité d’émission. Les caractérisations structurales (DRX, FTIR, RMN) menées sur les poudres ont montré que la première phase cristalline apparaissant pour les deux méthodes de synthèse est une phase d’aluminoborate Al4B2O9. L’étude par Fonction de Distribution de Paires (PDF) montre que la matrice aluminoborate amorphe présente un ordre local proche de la phase Al4B2O9, à savoir une organisation tridimensionnelle cyclique de métaux pontés par des ligands oxo ou hydroxo de 6 à 10 chaînons. D’autre part, sur la base des résultats RMN 13C, l’yttrium semble garder dans sa sphère de coordination des ligands propionates jusqu’à hautes températures. Par ailleurs, la présence d’espèces radicalaires dans les poudres luminescentes a été mise en évidence par résonnance paramagnétique électronique. Un ensemble de mesures à différentes fréquences, en mode continu et pulsé, ont permis d’attribuer ces espèces à des radicaux carbonés. Les études de photoluminescence non-résolues et résolues en temps, couplées à des analyses de thermoluminescence ont mis en évidence la présence de plusieurs espèces luminescentes présentant essentiellement des propriétés de fluorescence (durée de vie de quelques ns) mais aussi une très faible part de phosphorescence (durée de vie de la ms à plusieurs s). Les poudres synthétisées par voie sol-gel présentent un rendement quantique interne d’environ 30 %.Aux vues des différentes analyses, les poudres luminescentes synthétisées par voie sol-gel semblent contenir deux types de résidus carbonés : l’un à l’origine des propriétés de photoluminescence et l’autre défavorable (carbone pyrolytique piégé) car absorbant partiellement l’émission de luminescence. En conclusion, nous proposons un mécanisme de photoluminescence extrinsèque, basé sur des centres carbonés dispersés au sein de la matrice minérale, favorisant majoritairement la fluorescence dans le bleu (bande centrée vers 430 nm) et dans le vert (bande centrée vers 500 nm) mais aussi une faible proportion de phosphorescence émettant dans la même gamme de longueurs d’onde. / White solid state lighting is recognized as a major disruptive technology with an urgent need of low coast prices, associated to good color quality, confortable for eyes, by reducing the bluish harmful contribution of “cold” lighting. At Néel Institute, we develop a new type of phosphors based on yttrium aluminoborate powders. These innovating powders exhibit a large emission band on the whole visible range, arising from structural defects in the amorphous matrix. Thus, with a single phosphor, one can generate warm white lighting through the excitation of LEDs emitting in the near UV (370-390 nm). Moreover, these phosphors don’t possess lanthanides, making them less expensive.The powders synthesized by chimie douce routes, are annealed under controlled atmosphere. The yttrium alominoborate phosphors were first prepared by the polymercic precursor method. This synthesis road involved several steps and relatively high annealing temperatures (700-740°C). This thesis was focused on the sol-gel synthesis method. By this work, the duration process, the annealing temperature (450°C-650°C), and the global mass loss incoming from the organic precursors decomposition were significantly reduced.Thermal analysis (TDA-TG) coupled with mass spectrometry and 13C RNM show residual carbon groups in luminescent powders. Nevertheless, one part of the residual carbons is pyrolytic carbon (aromatic carbon), which leads to partial re-absorption of the visible emitted luminescence, and thus induces a decrease of the emission intensity.The structural characterizations of yttrium aluminoborate powders (XRD, FTIR, NMR) show that Al4B2O9 aluminoborate phase, is the first appearing crystalline phase during the increase of calcination temperature. The Pair Distribution Function (PDF) study demonstrates that amorphous aluminoborate matrix exhibit a short range ordering close to Al4B2O9 phase: a cyclic tridimensional organization of metal bridges by oxo or hydroxo ligands. On the other hand, based on 13C NMR results, yttrium seems to conserve propionate ligands in its coordination sphere until high temperature. Otherwise, the presence of radical species was evidenced in luminescent powders by electronic paramagnetic resonance. A set of measurements performed at different frequencies, in continuous and pulsed modes, allows attributing that species to carbon radicals. The presence of several luminescence species exhibiting essentially fluorescence properties (ns life time) and very weak phosphorescence emission (ms and s lifetime) was shown by the means of photoluminescence studies steady-state and time resolved coupled to thermoluminescence analysis. The powders synthesized by sol-method exhibit a 30 % internal quantum yield.Thanks to the different characterizations, luminescent powders synthesized by the sol-gel route seem to contain two types of residual carbons: one at the origin of the luminescence properties (carbon-related radicals) while the other, pyrolytic carbon, is damaging as it absorbs partially the luminescence emission. To conclude, we suggest an extrinsic mechanism for the photoluminescence, which is based on carbon centers dispersed inside the mineral matrix, favoring mainly fluorescence in blue (430 nm) and green emissions (500 nm) associated with a weak phosphorescence emission in the same emission range.

This work specifies the synthesis and the characterization of amorphous powders belonging to the Y2O3 - Al2O3 - B2O3 system. The main objective of this work was to develop amorphous powders near the YAl3(BO3)4 composition without any rare earth as doping for the development of a new family of phosphors for solid state lighting systems excited by near ultra-violet light. The sol-gel and polymeric precursor methods were applied in order to produce these powders. After these syntheses we optimized several parameters such as thermal treatments: two different routes were tested: direct calcination and pyrolytic decomposition followed by calcination. The temperature, annealing time, heating rate and the effects of impurities on the photoluminescence (PL) were studied. A comparison between these two synthesis methods was done. The powder samples were characterized by thermal analysis technique, X-ray diffraction, photoluminescence and infra-red spectroscopies, transmission and scanning electron microscopy, elemental analysis and electron probe microanalyses, nuclear magnetic resonance, cathodoluminescence, electronic paramagnetic resonance. From the thermal analyzes, it was observed that the powder prepared by polymeric precursor method shows a glass transition temperature (Tg) around 740 °C and crystallization temperatures (Tx) at 815, 850 and 900 °C. Amorphous powder showing high photoluminescence emission (between 400 and 750 nm) and quantum yields higher than 90% at 365 nm excitation, without any phase segregation were obtained when the samples are annealed at temperatures at around Tg, above this temperatures the powder start to crystallize decreasing their PL properties. Other compositions were studied by increasing the relative amounts of Y2O3, Al2O3 and B2O3, by removing the yttrium, addition of SiO2. Finally, the first measurements of color coordinates and the preliminary tests on the thermal and photo stability have been done. / Ce travail de these porte sur la synthèse et la caractérization de poudres amorphes en appartenant système Y2O3 - Al2O3 - B2O3. L'objectif principal du travail a été de préparer des poudres amorphes dont la composition est proche de YAl3(BO3)4 sans terre rare en vue la réalisation de phosphores pour des dispositif d'éclairage solide à base de LED emmetant dans le proche UV. Pour la synthèse des poudres les methodes sol-gel et celles des precurseurs polymériques ont été utilisées. Nous avons ensuite optimizé les paramètres thermiques, en utilisant deux stratégies: la calcination directe et la pyrolyse suivrie d'une seconde étape de calcination. La température, le temps de recuit, vitesse de chauffage et les effect des impurities sur la photoluminescence ont été étudié. Les échantillons en poudre ont été caractérisés par les techniques d'analyse thermiques, diffraction des rayons X, la spectroscopie de photoluminescence et la spectroscopie infra-rouge, microscopies électronique à balayage et en transmission, les méthodes des analyses élémentaire et microsonde électronique, la résonance magnétique nucléaire, cathodoluminescence et le résonance paramagnétique électronique. Par l'analyse thermique, on a observé que la poudre préparée par la méthode de précurseur polymère a une température de transition vitreuse (Tg) autour de 740 ° C et des températures de cristallisation (Tx) à 815, 850 et 900 ° C. Les poudres amorphes presentent de larges bandes d'émission de photoluminescence (entre 400 et 750 nm) avec des rendements quantiques supérieurs à 90% pour une excitation de 365 nm. De plus, les poudres microscopiques obtenu sont chimiquement homogene avec des composition très proche de celle initialmente visée YAl3(BO3)4 lorsque les échantillons sont recuits à des températures voisine du Tg. Au-dessus de cette température, la poudre commence à se cristalliser conduisant à réduction de l'intensité de PL. D'autres compositions ont été étudiées en augmentant la quantité relative de Y2O3, Al2O3 et B2O3, en éliminant complètement l'yttrium, ou en ajutant SiO2. Finalement, les premiers mesures de coordonnées de couleur et les essais préliminaires sur la stabilité thermique et photométrique sont très prometeur. En effet, outres les rendemente specifiques de luminescence très elevés ces luminophores émitent de lumiére très chaudes.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Cette thèse porte sur l’étude du processus de cristallisation de verres et l’élaboration de vitrocéramiques transparentes dans le visible. Ce travail a permis d’élaborer plusieurs vitrocéramiques complètement cristallisées et transparentes, ce qui constitue un résultat exceptionnel pour ce type de matériaux qui perd habituellement la transparence lors de la cristallisation. Ces matériaux originaux et novateurs ont fait l’objet d’un brevet sur des "Céramiques transparentes" (dépôt en France N° 1161025 et extension internationale PCT N° EP2012/074171) et de plusieurs articles (cf. page 162). Plusieurs verres dans les systèmes oxydes de terres rares-oxydes d’alcalino-terreux-Al2O3-SiO2 ont été élaborés au moyen d’un lévitateur aérodynamique couple a un chauffage par laser puis étudiés. Une recherche de la composition optimale du verre d’aluminosilicate d’yttrium parent qui permettrait d’avoir un maximum de cristaux de YAG sans formation d’impuretés lors de la cristallisation a été menée. L’étude de la cristallisation du YAG a partir des verres d’aluminosilicates d’yttrium choisis, réalisée principalement par RMN et diffraction des rayons X, a montré que les ions de silicium initialement présents dans la matrice vitreuse se trouvent incorporés dans les cristaux de YAG formes, en substitution des ions d’aluminium des sites tétraédriques. Les conséquences structurales de cette incorporation dans le YAG ont été étudiées. En particulier, la réduction de la maille cubique du YAG et des liaisons des sites tétraédriques a été mise en évidence par DRX et affinement Rietveld. Par RMN, la présence d’aluminium en coordinence IV, V et VI a été détectée dans le verre parent. Pour ce système, il est remarquable que la cristallisation du verre d’aluminate d’yttrium puisse avoir lieu au-dessous de sa température de transition vitreuse. Ce phénomène rarement rapporté pourrait être expliqué par la tendance élevée du verre à cristalliser et par la capacité de Si4+ à s’incorporer dans les cristaux de YAG comme cette étude le démontre. L’avancement de la cristallisation par recuit du verre au-dessous de Tg a été suivi ainsi que l’absorbance et la diffusion de l’irradiation IR par les vitrocéramiques en se basant sur le modèle de Rayleigh-Guns-Debye. Cette étude a révélé l’influence de la différence de l’indice de réfraction entre le verre et les cristaux sur la diffusion de la lumière. Les images MET et MEB de ces vitrocéramiques montrent des cristaux de YAG de tailles comprises entre 500 nm et 1300 nm. La cristallisation d’une autre famille de verres de terres rares a été étudiée. Il s’agit de verres d’aluminate de lanthane et de borate de lanthane. Dans les deux cas, une cristallisation démarrant à partir de la surface a été observée et étudiée. La cristallisation des phases LaAlO3 et LaBO3 dans ces verres a été suivie par DRX (Haute Température). L’ajout de SiO2 à la composition La2O3-Al2O3 a été nécessaire pour élaborer un verre avec un four classique. Une étude de cristallisation poussée a été également menée sur de nouveaux verres d’aluminates d’alcalinoterreux. Cette étude a compris une caractérisation des vitrocéramiques formées ainsi que la résolution de la structure de deux nouveaux polymorphes de BaAl4O7 formés par cristallisation des verres en se servant de la diffraction électronique, neutronique et synchrotron. Une étude par RMN de l’évolution de l’environnement de l’oxygène durant le recuit a été réalisée et a permis de mettre en évidence la présence des entités d’oxygène tri-coordinées dans les verres d’aluminate de baryum. Ce travail nous a finalement permis d’élaborer plusieurs vitrocéramiques complètement cristallisées et transparentes, ce qui constitue un résultat exceptionnel. La luminescence de ces vitrocéramiques a été caractérisée et les raisons de leur transparence sont discutées à la lumière de leurs microstructures. / This thesis concerns the crystallization and the structural study of different alumino-silicate glasses. This study has led to several completely crystallized and transparent glass-ceramics, which is an original result for this type of material that usually loses transparency during crystallization. These innovative materials were the subject of a patent entitled “Transparent ceramics” (French deposit number: N° 1161025 and international extension number : PCT N° EP2012/074171) and different articles (cf. page 162). Numerous glasses in the systems rare earth oxides, alkaline earth oxides-Al2O3-SiO2 were prepared by an aerodynamic levitator coupled to a laser heating system and studied. The study of the YAG crystallization from the yttrium alumino-silicate glasses was achieved mainly by double resonance 27Al/29Si NMR spectroscopy and by (lab and synchrotron) X-ray diffraction. This study showed that the silicon ions that are initially present in the glassy matrix are incorporated during crystallization in the formed YAG crystals on the 4-fold coordination Al site. The structural consequences of this incorporation were studied. In particular, the reduction of the YAG cubic lattice and the bonds of the tetrahedral sites have been evidenced. Upon post synthesis annealing, the glass was observed to exhibit crystallization below the glass transition temperature. This unusual behaviour was examined using XRD and infrared spectroscopy to follow crystallinity and optical absorbance as a function of annealing treatment. This rarely reported phenomenon could be explained by the high tendency of our glass to crystallize compared to glasses elaborated by classical furnaces and by the ability of Si4+ to be accommodated into the YAG crystal structure as we have demonstrated. This study also revealed the influence of the refractive index difference between the glass and the crystals on the scattering of light. TEM and SEM images show that the YAG crystals sizes range between 500 nm and 1300 nm. Furthermore, the crystallization of a family of lanthanum aluminate and lanthanum borate glasses was studied. In both cases, the crystallization started from the surface. The formation of LaAlO3 LaBO3 phases in these glasses was followed by XRD (High Temperature). The addition of SiO2 to the Al2O3-La2O3 composition was found necessary for the vitrification with a conventional oven. Finally, a crystallization study was also conducted on new alkaline-earth aluminate glasses. This study included a characterization of the parent glasses with the formed glass-ceramics and the structure resolution of two new polymorphs of BaAl4O7 formed by crystallization, using electron neutron and synchrotron diffraction. An NMR study of the environment evolution of the oxygen during annealing was performed. This allowed to evidence the presence of tri-coordinated oxygen entities in the parent glasses. This work has finally allowed us to develop fully crystallized and transparent glass-ceramics, which is an exceptional result. The luminescence of these glass-ceramics was characterized and the reasons for their transparency were discussed in light of their microstructures.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Pesquisas e publicações sobre polímeros luminescentes vêm sendo desenvolvidas nos últimos anos devido à inovação acadêmica, porém ainda no âmbito nacional possuem aplicação industrial limitada. Marcadores ópticos processados são pouco explorados devido à dificuldade de processamento dos materiais poliméricos luminescentes com estabilidade de luminescência. Os materiais utilizados para o processamento de polipropileno luminescente foram Poliamida 6 (PA6) dopada com complexo sintetizado de [Eu(tta)3(H2O)2] obtida através do processo de diluição do polímero e técnica de derramamento. As poliolefinas, por serem inertes, não se adequam ao procedimento comum de dopagem, assim no presente trabalho, o polipropileno luminescente foi preparado indiretamente por dopagem com poliamida dopada com complexo de európio em processamento por extrusão. As técnicas de caracterização utilizadas foram a Análise Térmica (TG), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Difração de Raios-X (XRD), Espectroscopia de infravermelho (FT-IR) e estudo das propriedades fotoluminescentes. A blenda PP/PA6:Eu(tta)3 processada apresentou propriedades luminescentes observadas nas transições intraconfiguracionais de bandas finas 4f6 - 4f6 relativas aos níveis de excitação de energia 7F0 → 5L6 (394nm), 7F0 → 5D3 (415nm), 7F0 → 5D2 (464nm), 7F0 → 5D1 (525nm) e 7F0 → 5D0 (578nm). Tanto a blenda de PP/PA6:Eu(tta)3 e os filmes de PA6:Eu(tta)3 quando expostos a luz UV (365nm) apresentaram luminescência vermelha. Os resultados de TG mostraram que sob atmosfera de O2 o PP dopado PA6:Eu(tta)3 apresentou maior estabilidade do que o PP puro. Neste trabalho foi possível processar PP/PA6:Eu(tta)3 com propriedades térmicas e fotoestabilidade, que permitem sua utilização com marcador óptico em processamentos. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Les nanoparticules (NPs) à luminescence persistante de gallate de zinc dopée chrome (ZnGa1.995Cr0.005 O4) sont des matériaux innovants avec des propriétés optiques particulières qui permettent leur utilisation pour l'imagerie optique in vivo. Leur caractérisation a été effectuée par une méthode émergente dans ce domaine, l'électrophorèse capillaire. Les résultats ont démontré le potentiel de cette méthode pour garantir le contrôle et la qualité des NPs. Un ensemble général des tests de toxicité a été réalisé in vitro et in vivo après administration aiguë, à court et à long terme des ZnGa1.995Cr0.005O4, afin d'évaluer leur biocompatibilité. Lors de l'administration de NPs hydroxylés, différentes conséquences négatives ont été notées, ainsi comme l'effet protecteur du polyéthylène glycol fonctionnalisé en surface des NPs. En raison de l'importance des interactions des NPs avec les protéines plasmatiques lors de leur administration, nous avons évalué et appliqué pour la première fois la méthode électrocinétique de Hummel-Dreyer pour la détermination des interactions non spécifiques entre les NPs PEGylés et des protéines. Finalement, l'évaluation des interactions entre les ZnGa1.995Cr0.005O4 et un système binaire de protéines (albumine et Apolipoprotéine-E) a été effectuée par des méthodes électrocinétiques. Ces analyses ont montré une affinité plus forte entre la surface des NPs PEGylés et l'apolipoprotéine-E par rapport à l'albumine, ce qui pourrait représenter une stratégie novatrice pour la vectorisation des NPs vers la région du cerveau. Toutes les méthodes mentionnées ci-dessus peuvent être extrapolées pour l'analyse des autres NPs avec plusieurs des applications. / The chromium doped zinc gallate (ZnGa1.995Cr0.005O4) nanoparticles (NPs) are innovative materials with specific optical properties, notably the persistent luminescence, which allow their use for in vivo optical imaging. Their characterization was carried out by an emergent method in this area, the capillary electrophoresis. The obtained results demonstrated the potential of this method to ensure the control and quality of NPs. A general set of toxicity tests were performed in vitro and in vivo after acute, short- and long-term administration of the NPs to assess their biocompatibility. Various negative effects were noted upon administration of hydroxylated NPs, as well as the protective effect of NP PEGylation. Because of the importance of NP interactions with plasma proteins after their in vivo administration, we evaluated and applied for the first time the Hummel-Dreyer electrokinetic method for the determination of non-specific interactions between PEGylated NPs and proteins. Finally, the evaluation of the interactions between the ZnGa1.995Cr0.005O4 and a binary system of proteins (albumin and apolipoprotein-E) was carried out by electrokinetic methods. The results revealed greater affinity between the surface of the PEGylated NPs and the apolipoprotein-E compared to albumin, which could represent a novel strategy for the vectorization of NPs towards the brain region. All the above mentioned methods can be extrapolated for the analysis of other NPs with several potential applications.

Le domaine du proche infrarouge a une importance majeure pour l'imagerie optique en raison de la faible autofluorescence des systèmes biologiques et de la diffusion limitée de la lumière permettant l’amélioration du rapport signal-sur-bruit et une pénétration plus profonde dans les tissus. Les sondes fluorescentes proche-infrarouges les plus couramment utilisées à ce jour sont les fluorophores organiques ou les nanocristaux semi-conducteurs qui sont affectés par un certain nombre d’inconvénients. Plusieurs cations lanthanide possèdent des propriétés optiques uniques comme des bandes d'émissions étroites dont les longueurs d'ondes sont très peu sensibles à l’environnement, de grandes différences d’énergie entre longueurs d’onde d’excitation et d'émission et une forte résistance au photoblanchiment. Afin de bénéficier de la luminescence des lanthanides, les faibles absorbances des cations lanthanides libres doivent être compensées par l'utilisation de groupes chromophores appropriés fonctionnant comme sensibilisateurs. On parle d’effet d’"antenne". Nous présentons dans ce travail plusieurs familles de sondes à base de lanthanides (i) de petites molécules, plus spécifiquement des complexes monométalliques constitués par la coordination de Ln³⁺ par un ligand de type TTHA-anthraquinone et des métallacrowns polymétalliques Ln³⁺/Zn²⁺ auto-assemblés; (ii) de nouveaux nanomatériaux basés sur des billes de polystyrène possédant deux types de chargements différents, à savoir (i) un complexe bimétallique d-f Cr³⁺-Ln³⁺ ainsi que (ii) des antennes dérivées d’hydroxyanthraquinone et des cations lanthanide libres; (iii) des macromolécules de type dendrimère polyamidoamine de génération 3 fonctionnalisés avec sensibilisateurs aza-BODIPY en leurs périphéries et qui encapsulent des lanthanide luminescents. Les propriétés photophysiques, la cytotoxicité et l'incorporation cellulaire ont été décrites et discutées pour chacun des types de sondes. En outre, ces sondes ont été testées en imagerie in vitro visible et/ou proche-infrarouge par des expériences de microscopie confocale et d’épifluorescence. L’ensemble des sondes décrites dans ce travail, en raison de leurs propriétés avantageuses et nouvelles, constituent des avancées majeures pour le développement de nouvelles générations d'agents d'imagerie optique. / The near-infrared (NIR) region has a significant importance for optical imaging due to the minimal autofluorescence and reduced light scattering thus allowing for improved signal-to-noise ratio and deeper penetration through tissues. Nowadays, the most commonly used NIR-emitting fluorescent probes rely mainly on organic fluorophores or quantum dots and exhibit drawbacks. Several lanthanide(III) ions (Ln³⁺) possess unique optical properties e.g. sharp emission bands the wavelengths of which have minimal sensitivity to the microenvironment, large differences between excitation and emission wavelengths and strong resistance toward photobleaching. In order to obtain the luminescence of lanthanides, the low absorbances of the free Ln³⁺ have to be overcome by the use of appropriate chromophoric groups functioning as a sensitizing “antenna”. We present here several families of Ln³⁺-based probes: (i) small molecules, in particular monometallic complexes constituted by the TTHA-anthraquinone moiety and Ln³⁺, and polymetallic self-assembled Ln³⁺/Zn²⁺ metallacrowns; (ii) novel nanomaterials based on polystyrene beads with two different loadings, i.e. d-f bimetallic Cr³⁺- Ln³⁺+ complex and hydroxyanthraquinone antennae and Ln³⁺ ; (iii) macromolecular generation-3 polyamidoamine dendrimers functionalized with aza-BODIPY sensitizers at their periphery and encapsulating the luminescent Ln³⁺. The photophysical properties, cytotoxicity and cellular uptake were reported and discussed for each of the presented types of Ln³⁺-based probes. Moreover, these probes were successfully tested for visible and/or NIR in vitro imaging by confocal or epifluorescence microscopy experiments. Finally, the reported Ln³⁺-based probes, due to the number of advantageous properties, represent significant breakthroughs toward the developments of new generations of optical imaging agents.