Ces dernières années, la théorie mathématique de l'échantillonnage compressé (CS) a émergé en tant que nouvel outil en traitement d'images, permettant notamment de dépasser certaines limites établies par la théorie de l'échantillonnage de Nyquist. En particulier, la théorie du CS établit qu'un signal (une image, une séquence vidéo, etc.) peut être reconstruit à partir d'un faible nombre de mesures linéaires non-adaptatives et aléatoires, pourvu qu'il présente une structure parcimonieuse. Dans la mesure où cette hypothèse se vérifie pour une large classe d'images naturelles, plusieurs applications d'imagerie ont d'ores-et-déjà bénéficié à des titres divers des résultats issus de cette théorie. Le but du travail doctoral présent est d'étudier comment la théorie du CS - et plus généralement les idées et méthodes en relation avec les problèmes de reconstruction de signaux parcimonieux - peuvent être utilisés pour concevoir des dispositifs d'acquisition optiques à haute-résolution spatiale et temporelle pour des applications en imagerie biologique. Nous étudions tout d'abord quelques questions pratiques liées à l'étape de reconstruction nécessairement associée aux systèmes d'acquisition exploitant le CS, ainsi qu'à la sélection des paramètres d'échantillonnage. Nous examinons ensuite comment le CS peut être utilisé dans le cadre d'applications d'échantillonnage de signaux vidéo. Enfin, avec dans l'idée l'utilisation dans des problèmes de débruitage de méthodes inspirées du CS, nous abordons la question de l'estimation d'erreur dans les problèmes de débruitage d'images acquises en conditions de faible luminosité, notamment dans le cadre d'applications de microscopie. / In the past few years, the mathematical theory of compressed sensing (CS) has emerged as a new tool in the image processing field, leading to some progress in surpassing the limits stated by the Nyquist sampling theory. In particular, the CS theory establishes that a signal (image, video, etc.) can be reconstructed from a relatively small subset of non-adaptive linear random measurements, assuming that it presents a sparse structure. As this hypothesis actually holds for a large number of natural images, several imaging applications have already benefited from this theory in various aspects. The goal of the present PhD work is to investigate how the CS theory - and more generally the ideas and methods developed in relation with sparse signal reconstruction problematics - can be used to design efficient optical sensing devices with high spatial and temporal resolution for biological imaging applications. We first investigate some practical issues related to the post-processing stage required by CS acquisition schemes, and to the selection of sampling parameters. We then examine how CS can benefit to video sampling applications. Finally, with the application of CS methods for denoising tasks in mind, we focus on the error estimation issue in image denoising problems for low-light microscopy applications.

Gold nanoparticules (GNPs) are of great interest for several applications in nanomedicine ; espacially in imaging and sensing, drug delivery or photothermal therapy because of their unique physical and chemical properties. For all theses applications, a better understanding of the interaction of GNPs with biomolecules and their uptake into cells is of great importance. Thus the main objective of this thesis was to study the toxicity of GNPs in biological media based on their sizes, shapes and surface chemistries. Cytotoxicity studies on human cells were done in vitro in presence of six GNP samples having spherical and flower shapes. We compared the cytotoxic effects and showed that it was largely higher for flower-shaped GNPs than spherical ones. Further we built-up the optical assembly and the set-up of the Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS). Followed by the set-up, the sensitivity, the resolution and other parameters were determined during the characterization of the FCS sytem. Then FCS was used to characterize fluorescent molecule-conjugated GNP, wich were fabricated in the interest of biomedical applications. In the next step, we characterized the diffusion behavior of MitoTracker dye labeled mitochondria by FCS in order to be able to compare in future the mitochondrial diffusion after incubating with GNPs, wich is described as the perspectives. / Les nanoparticules d'or (NPO) sont d'un grand intérêt pour de nombreuses applications en nanomédecine (en particulier pour l'imagerie, la détection de pathologies, la délivrance de médicaments ou la thérapie photothermique) en raison de leurs propriétés physiques et chimiques. Pour toutes ces applications, une meilleure compréhension de l'interaction des NPO avec les biomolécules et leur absorption dans les cellules est d'une importance primoridale. Ainsi, l'objectif principal de cette thèse était d'étudier la toxicité des NPO dans les milieux biologiques en fonction de leurs tailles, leurs formes et leurs chimies de surface. Des études de cytotoxicité sur des cellules humaines ont été réalisées in vitro, en présence de six types différents de NPO de forme sphérique et de nano-fleur. Nous avons comparé les effets cytotoxiques et montré qu'ils étaient largement supérieurs pour les NPO en forme de nano-fleur par rapport au NPO sphériques. En outre, nous avons mis en place un système de corrélation de spectroscopie de fluorescence (CSF). La sensibilité, la résolution et les principaux paramètres du système ont été déterminés lors de sa caractérisation. La CSF a ensuite été utilisée pour caractériser des NPO fluorescentes fabriquées pour des applications biomédicales. Nous avons également caractérisé la diffusion de Mitotracker, un marqueur des mitochondries par CSF afin d'être en mesure de comparer la diffusion mitochondriale après incubation de NPO.

Les conjugués QD-sdAbs sont des nano-sondes qui associent un quantum dot (QD) et des anticorps de domaine simple (sdAbs). Ces nano-sondes fluorescentes permettent des immunomarquages sur coupes tissulaires et sur cellules. L’objectif de ce travail est de montrer l’intérêt de l’excitation multi-photonique pour la détection et la localisation très spécifiques de biomarqueurs tumoraux.L’excitation multi-photonique des nano-sondes QD570-sdAb anti-CEA a été étudiée, sur coupes d’appendice et de carcinome du côlon humains pour optimiser le rapport signal/auto-fluorescence. L’utilisation du QD comme capteur d’énergie d’excitation dans un modéle de FRET QD-fluorophore organique a été démontré. Un modéle innovant pour une détéction ultra spécifique du CEA sur cellules MC38 CEA par double immunomarquage spécifique pour un transfert d’énergie résonnant entre QD et Alexa Fluor à été mis en oeuvre.Les résutats montrent l’intérêt de l’excitation multi-photonique par rapport à l’excitation à 458,9 nm pour la discrimination et l’optimisation du rapport signal/auto-fluorescence. Il est 40 fois supérieur en excitation à 800 nm qu’à 458,9 nm sur les coupes étudiées.L’utilisation des conjugués QD556-sdAb anti-CEA et d’un anticorps monoclonal permet un double immunomarquage du CEA membranaire sur cellules MC38 CEA. L’utilisation du QD comme nano-capteur d’énergie d’excitation multi-photonique permet une séléctivité d’excitation et un FRET entre QD et Alexa Fluor. Ce schéma permet une détéction spectrale aisée du FRET et une localisation très spécifique et sensible du CEA membranaire. Ceci est conforté par la diminution du temps de déclin du QD556 donneur d’énergie non radiative. / The QD-sdAbs conjugates are nano-sensors that combine a quantum dot (QD) and single domain antibodies (sdAbs). These fluorescent nanoprobes allow immunostaining on tissue sections and cells. The objective of this work is to show the interest of the multi-photon excitation for the detection and highly specific location of tumor biomarkers.Multi-photon excitation of anti CEA QD570-sdAb nanoprobes was investigated on human appendix and colon carcinoma slides for specifical detection and an optimization of the signal/auto-fluorescence emission ratio. The use of QD as excitation energy sensor for a QD-organic fluorophore FRET model has been shown. An innovative model for ultra-specific detection of CEA on MC38 CEA membrane cells by double immunostaining for a resonant energy transfer between QD and Alexa Fluor has been implemented.Our results shows the great interest of the multi-photon excitation compared to 458.9 nm excitation for discrimination and optimization of the signal / autofluorescence. It is 40 times higher at 800 nm two photon excitation has 458.9 nm one photon excitation on the studied sections.The use of conjugated QD556-sdAb anti-CEA and a conventional monoclonal antibody allows a double immunostaining on CEA on MC38 CEA membrane cells. The QD is use as multi-photon excitation energy nano-sensor enables an excitation selectivity and FRET between QD and Alexa Fluor. This configuration enables easy spectral detection of FRET and a very specific and sensitive location of membrane CEA. This is reinforced by the decrease in decay time of QD556 as donor of non radiative energy.

Cette thèse porte sur la synthèse et la caractérisation photophysique d'une série de composés neutres luminescents de platine (II) contenant un ligand tridentate dianionique chromophore N-donneur et un ligand auxiliaire monodentate. Les composés montrent un changement notable des propriétés de photoluminescence selon l'auto-assemblage en raison de la formation d'interactions intermoléculaires non covalentes faibles telles que metal-metal et π-π. Nous avons démontré comment les complexes de Pt (II) peuvent être auto-assemblés d'une manière contrôlée et précise en jouant sur les facteurs cinétiques et thermodynamiques, ainsi que la morphologie des différents ensembles étudiés. Ces approches ont conduit à des matériaux avec des propriétés améliorées et uniques tels que le mécano-chromisme, ainsi que l'absorption et l'émission de la lumière polarisée. Les composés étudiés et leurs assemblages sont utiles non seulement pour le développement de nouveaux matériaux fonctionnels supramoléculaires en équilibre et hors- équilibre, mais aussi pour des applications en bio-imagerie. / This thesis focuses on the synthesis and the photophysical characterization of a series of luminescent neutral Pt(II) compounds containing a tridentate dianionic N-donor chromophoric ligand and a monodentate ancillary moiety. The compounds exhibited notable change of the photoluminescence properties upon self-assembly due to the establishment of weak non-covalent intermolecular interactions – metal-metal and π-π. We demonstrated how Pt(II) complexes can be self-assembled in a controlled and precise manner by playing with kinetic and thermodynamic factors and the morphology of the different assemblies investigated. Such approaches led to materials with enhanced and unique properties such as mechanochromism and polarized light absorption and emission. The investigated compounds and their assemblies were useful for the development of novel functional supramolecular materials in and out of the equilibrium as well as for bioimaging application.

Les nanoparticules polymériques fluorescentes apparaissent comme des outils importants pour l'imagerie en temps réel des processus biologiques au niveau moléculaire et cellulaire. L’objectif de mon projet de doctorat a été d’optimiser les nanoparticules polymériques fluorescentes pour l’imagerie biologique. Premièrement, nous avons pu, en faisant varier la chimie des polymères, obtenir un très bon contrôle de leur taille. Ceci a permis de mettre en évidence l’importance de la taille des NPs pour des applications intracellulaires avec une taille maximale de 23 nm pour une distribution dans tout le cytosol. Deuxièmement, nous avons pu montrer que la simple adsorption d’un amphiphile PEGylé de type Pluronic permet la stabilisation des nanoparticules dans des milieux biologiques. Le nombre de molécules incorporées et leur stabilité ont été étudiés en combinant des techniques de FRET et de FCS. Les meilleures formulations résultent en une stabilité des nanoparticules in vivo, ce qui a permis leur imagerie en tant que particules individuelles dans les vaisseaux sanguins du cerveau de souris. Troisièmement, le transfert d’énergie entre différents fluorophores encapsulés dans les NPs a été étudié et optimisé. / Fluorescent polymeric nanoparticles appear as important tools for real-time imaging of biological processes at the molecular and cellular level. The objective of my PhD project was to optimize fluorescent polymeric nanoparticles for biological imaging. First, by varying the chemistry of the polymers, we have been able to obtain a very good control of their size. This made it possible to highlight the importance of NPs size for intracellular applications with a maximum size of 23 nm for optimal distribution throughout the cytosol. Secondly, we have shown that simple adsorption of a PEGylated amphiphiles pluronic family allows the stabilization of nanoparticles in biological media. The number of incorporated molecules and their stability has been studied by combining FRET and FCS techniques. The best formulations result in nanoparticle stability in vivo, which allowed their imaging as individual particles in the blood vessels of the mouse brain. Third, energy transfer among different fluorophores encapsulated in NPs has been studied and optimized.

Dans ce manuscrit, la synthèse et la caractérisation complète de différents matériaux hybrides dédiés à des applications dans le domaine optique ou thérapeutique sont décrites. Dans un premier temps, des systèmes macroscopiquement ordonnés sont obtenus par intercalation de colorants tels que le Styryl 722 ou la pyronine-Y dans plusieurs films à base d’argile de type smectite. Les films d’argile sont élaborés par spin-coating et les colorants intercalés par immersion des films dans les solutions de ces colorants. Les effets de l’argile sur les propriétés des colorants sont analysés en détail et leur orientation préférentielle dans l’espace inter-couches est étudié grâce à la réponse anisotropique des films en lumière linéairement polarisée. Dans la deuxième partie, la synthèse par chimie sol-gel de monolithes de silice de grande dimension contenant des colorants laser présentant une forte absorption et une émission de fluorescence dans le visible est abordée. Des colorants laser à l’état solide (SSDL) avec de bonnes stabilités photochimique, thermique et chimique sont ainsi proposés. Dans le troisième chapitre, la synthèse par voie sol-gel de nanoparticules de silice (NP) d’environ 50 nm de diamètre fonctionnalisées sur leur surface externe est ensuite décrite. Grâce à l’encapsulation de molécules de colorants fluorescents dans leur cœur et le greffage de photosensibilisateurs sur leur écorce, des nanoparticules biocompatibles adaptées à la bio-imagerie et la thérapie photodynamique (PDT) ont été préparées. Pour optimiser leurs performances, les propriétés photophysiques et plus particulièrement la production d’oxygène singulet d’une nouvelle série de photosensibilisateurs basés sur les chromophores de type PODIPY ont d’abord été étudiées en détail. A partir de ces résultats, des BODIPY particulièrement efficaces ont été greffés sur les nanoparticules de silice afin de les utiliser pour la PDT. Les propriétés photophysiques de ces matériaux ont été analysées par spectroscopie d’absorption et de fluorescence (stationnaire ou résolue en temps) et les rendements quantiques de production d’oxygène singulet déterminés par des méthodes directe (émission de luminescence de l’oxygène singulet à 1270 nm) ou indirecte (utilisation de sondes chimiques spécifiques à l’oxygène singulet). Par ailleurs les matériaux hybrides ont été complètement caractérisés par plusieurs techniques (SEM, TEM, XRD, XPS, IR, DLS, BET). / Along this manuscript different hybrid materials are synthesized and extensively characterized for several uses: from optical to therapeutic applications. First, by the intercalation of different dyes, styryl 722 and pyronine-Y into several smectite clay films, macroscopically ordered system are obtained. Clay films are elaborated by spin-coating technique and the dyes are intercalated by the immersion of clay thin films into dye solutions. The effect of clay on the dye properties is deeply analyzed and its preferential orientation in the interlayer space of the clay is studied by the anisotropic response of the films to the linear polarized light. Second, large silica monoliths with embedded laser dyes with strong absorption and fluorescence bands in different region of the Visible spectrum are attained by sol-gel chemistry to obtain solid-state dye laser (SSDL) with good photo, thermal and chemical stabilities. Third, silica nanoparticles (NP) with suitable size (50 nm) and functionalized external surface are also synthesised by sol-gel chemistry. Through the encapsulation of fluorescent dye molecules in their core and by the grafting of photosensitizers on their shell, biocompatible nanoparticles for bio-imaging and Photodynamic Therapy (PDT) applications are prepared. In order to optimize their properties, a careful investigation of the photophysical properties and mainly the singlet oxygen generation of a large range of new photosensitizers based on chromophores known as BODIPYs, is previously carried out. Based on these results, some efficient BODIPYs are selected for grafting on silica nanoparticles in order to use them for PDT. The photophysical properties of all these hybrid materials are analyzed by absorption and fluorescence (steady-state and time correlated) spectroscopies, and the singlet oxygen measurements are monitored by direct method (recording the singlet oxygen luminescence at 1270 nm) and by indirect method (using selective chemical probe). Moreover, the hybrid materials are fully characterized by several techniques such as, SEM, TEM, XRD, XPS, IR, DLS, BET.

Mes travaux de thèse portent sur l’application de la théorie de l’échantillonnagecompressif (Compressed Sensing ou Compressive Sampling, CS) à la microscopie defluorescence, domaine en constante évolution et outil privilégié de la recherche fondamentaleen biologie. La récente théorie du CS a démontré que pour des signauxparticuliers, dits parcimonieux, il est possible de réduire la fréquence d’échantillonnagede l’information à une valeur bien plus faible que ne le prédit la théorie classiquede l’échantillonnage. La théorie du CS stipule qu’il est possible de reconstruireun signal, sans perte d’information, à partir de mesures aléatoires fortement incomplèteset/ou corrompues de ce signal à la seule condition que celui-ci présente unestructure parcimonieuse.Nous avons développé une approche expérimentale inédite de la théorie du CSà la microscopie de fluorescence, domaine où les signaux sont naturellement parcimonieux.La méthode est basée sur l’association d’une illumination dynamiquestructurée à champs large et d’une détection rapide à point unique. Cette modalitépermet d’inclure l’étape de compression pendant l’acquisition. En outre, nous avonsmontré que l’introduction de dimensions supplémentaires (2D+couleur) augmentela redondance du signal, qui peut être pleinement exploitée par le CS afin d’atteindredes taux de compression très importants.Dans la continuité de ces travaux, nous nous sommes intéressés à une autre applicationdu CS à la microscopie de super résolution, par localisation de moléculesindividuelles (PALM/STORM). Ces nouvelles techniques de microscopie de fluorescenceont permis de s’affranchir de la limite de diffraction pour atteindre des résolutionsnanométriques. Nous avons exploré la possibilité d’exploiter le CS pour réduiredrastiquement les temps d’acquisition et de traitement.Mots clefs : échantillonnage compressif, microscopie de fluorescence, parcimonie,microscopie de super résolution, redondance, traitement du signal, localisation demolécules uniques, bio-imagerie / My PhD work deals with the application of Compressed Sensing (or CompressiveSampling, CS) in fluorescence microscopy as a powerful toolkit for fundamental biologicalresearch. The recent mathematical theory of CS has demonstrated that, for aparticular type of signal, called sparse, it is possible to reduce the sampling frequencyto rates well below that which the sampling theorem classically requires. Its centralresult states it is possible to losslessly reconstruct a signal from highly incompleteand/or inaccurate measurements if the original signal possesses a sparse representation.We developed a unique experimental approach of a CS implementation in fluorescencemicroscopy, where most signals are naturally sparse. Our CS microscopecombines dynamic structured wide-field illumination with fast and sensitive singlepointfluorescence detection. In this scheme, the compression is directly integratedin the measurement process. Additionally, we showed that introducing extra dimensions(2D+color) results in extreme redundancy that is fully exploited by CS to greatlyincrease compression ratios.The second purpose of this thesis is another appealing application of CS forsuper-resolution microscopy using single molecule localization techniques (e.g.PALM/STORM). This new powerful tool has allowed to break the diffraction barrierdown to nanometric resolutions. We explored the possibility of using CS to drasticallyreduce acquisition and processing times.

Cette thèse décrit le développement de nouvelles méthodes pour obtenir des nanoparticules fonctionnelles polyvalentes qui peuvent potentiellement être utilisées pour des applications biomédicales telles que la vectorisation de médicaments, des essais biologiques et la bio-imagerie. Les nanomatériaux sont des outils polyvalents qui ont trouvé des applications comme vecteurs de médicaments, la bio-imagerie ou les biocapteurs. En particulier, les nanoparticules de type core-shell ont attiré beaucoup d'attention en raison de leur petite taille, une relation surface/volume élevée, et une biocompatibilité. Dans ce contexte, nous proposons dans la première partie de la thèse (Chapitre 2), une nouvelle méthode pour obtenir des nanoparticules core-shell via la polymérisation radicalaire en émulsion et vivante combinées. Des particules cœurs de polystyrène de 30 à 40 nm, avec une distribution de taille étroite et portant à la surface des groupements iniferter ont été utilisés pour amorcer la polymérisation supplémentaire d'une couche de polymère. Des nanoparticules core-shell ont été préparées de cette façon. Différents types d’enveloppes : anionique, zwitterioniques, à empreintes moléculaires, thermosensibles, ont ainsi été greffées. Notre méthode est une plate-forme polyvalente permettant d'ajouter des fonctionnalités multiples soit dans le noyau et/ou l'enveloppe pour les études d'interaction cellulaire et de toxicité, ainsi que des matériaux récepteurs pour l'imagerie cellulaire. Dans la deuxième partie de la thèse (Chapitre 3), nous décrivons un procédé nouveau et polyvalent pour la modification de surface des nanoparticules de conversion ascendante (UCP). Ce sont des nanocristaux fluorescents dopés de lanthanides qui ont récemment attiré beaucoup d'attention. Leur fluorescence est excitée dans le proche infrarouge, ce qui les rend idéales comme marqueurs dans des applications biomédicales telles que les tests biologiques et la bio-imagerie, l'auto-fluorescence étant réduite par rapport à des colorants organiques et les quantum dots. Cependant, les UCP sont hydrophobes et non-compatible avec les milieux aqueux, donc une modification de leur surface est essentielle. La stratégie que nous proposons utilise l'émission UV ou visible après excitation en proche infrarouge des UCP, comme source de lumière secondaire pour la photopolymérisation localisée de couches minces hydrophiles autour les UCP. Notre méthode offre de grands avantages comme la facilité d'application et la fonctionnalisation de surface rapide pour fixer divers ligands, et fournit une plateforme pour préparer des UCP encapsulée de polymères pour des différentes applications. Des hydrogels stimuli-sensibles sont des matériaux qui changent leurs propriétés physicochimiques en réponse à des stimuli externes tels que la température, le pH ou la lumière. Ces matériaux intelligents jouent un rôle critique dans des applications biomédicales telles que la vectorisation de médicaments ou l'ingénierie tissulaire. La troisième partie de cette thèse (Chapitre 4) propose un nouveau procédé de préparation d'hydrogels photo et pH sensible. Deux composantes, l'un photosensible à base dl'acide 4-[(4-méthacryloyloxy) phénylazo] benzoïque et l'autre cationic contenant des unités 2-(diéthylamino)éthyl méthacrylate, ont été synthétisés. Leur association donne des particules monodispersées de 100 nm photo et pH sensibles. Ces nanoparticules peuvent être potentiellement utilisées pour la vectorisation de médicaments, en particulier de biomolécules telles que protéines ou siARN. En conclusion, nous avons conçu plusieurs nouvelles méthodes efficaces, polyvalentes, génériques et facilement applicables pour obtenir des nanoparticules et nanocomposites de polymères fonctionnels qui peuvent être appliqués dans de différents domaines biomédicaux comme la vectorisation de médicaments, les biocapteurs, les tests biologiques et la bio-imagerie. / This thesis describes the development of novel methods to obtain versatile, functional nanoparticles that can potentially be used for biomedical applications such as drug delivery, bioassays and bioimaging. Nanomaterials are versatile tools that have found applications as drug carriers, bioimaging or biosensing. In particular, core-shell type nanoparticles have attracted much attention due to their small size, high surface to volume ratio and biocompatibility. In this regard, we propose in the first part of the thesis (Chapter 2), a novel method to obtain core-shell nanoparticles via combined radical emulsion and living polymerizations. Polystyrene core seeds of 30-40 nm, with a narrow size distribution and surface-bound iniferter moieties were used to further initiate polymerization of a polymer shell. Core-shell nanoparticles were prepared in this way. Different types of shells : anionic, zwitterionic, thermoresponsive or molecularly imprinted shells, were thus grafted. Our method is a versatile platform with the ability to add multi-functionalities in either the core for optical sensing or/and the shell for cell interaction and toxicity studies, as well as receptor materials for cell imaging. In the second part of the thesis (Chapter 3), we describe a novel and versatile method for surface modification of upconverting nanoparticles (UCPs). UCPs are lanthanide-doped fluorescent nanocrystals that have recently attracted much attention. Their fluorescence is excitated in the near infrared, which makes them ideal as labels in biomedical applications such as bioimaging and bioassays, since the autofluorescence background is minimized compared to organic dyes and quantum dots. However, UCPs are hydrophobic and non-compatible with aqueous media, therefore prior surface modification is essential. The strategy that we propose makes use oft he UV or Vis emission light of near-infrared photoexcited upconverting nanoparticles, as secondary light source for the localized photopolymerization of thin hydrophilic shells around the UCPs. Our method offers great advantages like ease of application and rapid surface functionalization for attaching various ligands and therefore can provide a platform to prepare polymeric-encapsulated UCPs for applications in bioassays, optical imaging and drug delivery. Stimuli responsive hydrogels are materials that can change their physico-chemical properties in response to external stimuli such as temperature, pH or light. These smart materials play critical roles in biomedical applications such as drug delivery or tissue engineering. The third part of the thesis (Chapter 4) proposes a novel method for obtaining photo and pH-responsive supramolecularly crosslinked hydrogels. Two building blocks, one containing photoresponsive 4-[(4-methacryloyloxy)phenylazo] benzoic acid and the other, consisting of cationic 2-(diethylamino)ethyl methacrylate units, were first synthesized. Combining the two building blocks yielded photo and pH responsive monodisperse 100-nm particles. These nanoparticles can be eventually utilized for drug delivery, especially delivery of biomolecules such as siRNAs or proteins. In conclusion, we have designed several new efficient, versatile, generic and easily applicable methods to obtain functionalized polymer nanoparticles and nanocomposites that can be applied in various biomedical domains like drug delivery, biosensing, bioassays and bioimaging.