Les verres dopés par des ions de terres rares ou/et des nanoparticules de semi-conducteurs continue à faire l’objet de plusieurs recherches grâce à leur efficacité dans les domaines d’optoélectroniques. En effet, ces matériaux sont parmi les candidats potentiels pour des applications en photonique tels que les amplificateurs à fibre optique, les convertisseurs de lumière, les capteurs et les guides d'ondes 3D.Dans le cadre de cette thèse, des verres à base de silice (SiO2)dopé par des ions d’europium (Eu3+) ont été préparés par le processus sol-gel. Afin de mieux disperser les ions de terres rares et d’améliorer leur émission, les verres ont été codopés par le phosphore et/ou l’aluminium. Des nanoparticules de semi-conducteur (CdS) ont été aussi introduite dans le verre afin d’augmenter l’absorbance de la lumière excitatrice et d’obtenir une émission plus intense des ions Eu3+. Les verres préparés ont été analysés par photoluminescence et par la technique de rétrécissement des raies de luminescence (FLN). Ces mesures ont été suivi par des simulations par la méthode de dynamique moléculaire (DM)afin d’étudier l’effet de phosphore et/ou de l’aluminium sur l’environnement local des ions d’europium et la dispersion de ces ions dans la matrice vitreuse. La présence de deux types de sites des ions d’europium dans le verre de silicophosphates a été mise en évidence et a été confirmé par les deux techniques (FLN et DM). L’effet des nanoparticules de CdS sur l'émission des ions Eu3+dans un verre de silicophosphate a été aussi étudié et il a été montré que l’émission des ions Eu3+ est considérablement dépendante de la concentration des nanoparticules de CdS et de la température de recuit. / Glasses doped with rare earth ions and/or semiconductor nanoparticles continues to be the subject of several studies due to their effectiveness in optoelectronic fields. Indeed, these materials are among the potential candidates for photonic applications such as optical fiber amplifiers, light converters, sensors and 3D waveguides. As part of this thesis, silica-based glasses (SiO2) doped with europium ions (Eu3+) were prepared by the sol-gel process. In order to better disperse the rare earth ions and improve their emission, the glasses were codoped with phosphorus and/or aluminum. Semiconductor nanoparticles (CdS) were also introduced into the glass in order to increase the absorbance of the excitation light and to obtain a more intense emission of Eu3+ ions. The prepared glasses were analyzed by photoluminescence and by the technique of Fluorescence line narrowing (FLN). These experimental measurements were followed by theoretical simulations using the molecular dynamics method (DM) to study the effect of phosphorus and/or aluminum on the local environment of the europium ions and their dispersion in the vitreous matrix. The presence of two types of europium ion sites in the glass silicophosphates has been demonstrated and confirmed by two techniques (FLN and DM). The effect of CdS nanoparticles on the emission of Eu3+ ions in a glass silicophosphate was also studied and it was shown that the emission of Eu3+ ions is considerably dependent on theconcentration of CdS nanoparticles and annealing temperature.

Le phytoplancton joue un rôle fondamental dans le monde du vivant. C’est un générateur de dioxygène et le plus important fixateur de dioxyde de carbone sur Terre. Cependant, sous certaines conditions, son développement peut devenir envahissant et il peut être néfaste pour la santé des autres végétaux et animaux aquatiques. Il s’agit du phénomène d’hyper eutrophisation. Ce phénomène peut mener à des conséquences dramatiques pour l’environnement, car il limite les échanges de gaz et le processus de photosynthèse des autres espèces végétales. Dans un cas extrême, ce processus peut causer la mort de tout l’écosystème aquatique. Il apparait donc essentiel de renforcer la vigilance et le contrôle de la prolifération du phytoplancton et notamment de leur toxicité. Dans une première approche la reconnaissance et l’identification des organismes aquatiques, nécessaires pour la surveillance, sont réalisés par des systématiciens par observations microscopiques. Néanmoins, dans certaines circonstances, il peut être utile d’avoir un système automatique de reconnaissance pour améliorer la surveillance et optimiser l’intervention de l’homme. Le développement d’un tel système de reconnaissance des organismes aquatiques est de plus en plus envisagé.Dans l’objectif d’identifier les organismes aquatiques, un système microscopique original a été développé au cours de cette thèse dans lequel les faisceaux incident et émis sont filtrés par bande sélective de longueur d’onde. Ce double système de filtration permet l’acquisition d’images microscopiques classiques et d’images de fluorescence de la matière organique végétale sous différente illumination. Ensuite, les différentes images obtenues sont analysées et traitées par deux algorithmes de segmentation pour extraire des caractéristiques morphologiques et la composition des pigments, utilisées par la suite pour la reconnaissance automatique. Finalement, toutes les caractéristiques associant la morphologie et les données de fluorescence des espèces du phytoplancton, sont réunies dans une base de données permettant la reconnaissance optique et automatique du phytoplancton. / Phytoplankton plays a fundamental role in the living world. It is a dioxygen generator and the most important carbon dioxide fixer on Earth. However, under certain conditions, its development may become so excessive that it could be harmful to other vegetal and animal aquatic life in the water ponds in which it grows: it is the “hyper eutrophication” phenomenon. Such a situation leads to dramatic consequences on environment due to the difficulties that arise for photosynthesis and gas exchanges of other plant species. At the extreme limit, this can cause the death of the whole aquatic ecosystem. It appears therefore essential to strengthen the vigilance on controlling the proliferation of plankton and toxins with the necessity of risk evaluation. In a first approach, the recognition and the identification of aquatic organisms, necessary for such a control, are usually performed only by specialists algologists from microscopic observations. Nevertheless, in certain circumstances, it may be useful to dispose of an automatic recognition system to improve the monitoring of high-risk water ponds and optimize human intervention of specialists algologists. The development of such an automatic system of recognition of aquatics organism is more and more considered.In order to identify aquatic organisms, an original optical microscopy set up was developed in which the incident and emitted light beams are filtered in wavelengths. Such a set up enables the acquisition of classical microscopic images and microscopic images of fluorescence emission of the vegetal material under different illumination. These different images are then analyzed and processed by two algorithms of segmentation to collect characteristics data of the vegetals morphology and pigments compositions useful thereafter for their automatic recognition. Finally, all these different characteristic parameters linked to morphology and fluorescence emission of the vegetal species are collected to build a database useful for automatic optical recognition.

L'obtention de matériaux structurés sur plusieurs échelles de longueurs permet d'obtenir des propriétés physiques innovantes par rapport aux propriétés individuelles des constituants élémentaires. Dans cette thèse nous nous sommes intéressé à l'obtention de matériaux possédant des propriétés optiques nouvelles. Ainsi des bâtonnets semi-conducteurs anisotropes de type cœur-coquille ont été synthétisés. Leur forme permet de les assembler dans des phases de type cristal-liquides. Après fonctionnalisation de la surface des bâtonnets par des molécules hydrophiles possédant une charge négative, une méthode originale de séchage entre un substrat et un moule microstructuré a permis l'obtention de structures macroscopiques organisées sur plusieurs échelles. D'autres méthodes d'assemblages ont également été utilisées comme des membranes organiques forçant la structuration selon la phase cristalline désirée, mais également l'hybridation sélective de brins d'ADN complémentaire entre les bâtonnets et des nanoparticules métalliques. Les structures de ces matériaux ont alors été analysées par SAXS et microscopie électronique et les propriétés optiques par spectroscopie de fluorescence. Plusieurs types ont montré une exaltation de la fluorescence. / Obtaining structured materials on multiple scales provides innovative physical properties, which differ from the individual properties of the constituent building blocks. In this thesis we focused on obtaining materials with novel optical properties. Thus semiconductor anisotropic core/shell rods have been synthesized. Their shape allows them to assemble into liquid-crystalline phases. After functionalization of the surface by hydrophilic molecules having a negative charge, an innovative method of drying the rods suspension between a substrate and a microstructured mold was applied and macroscopic structures organized on several scales were obtained. Other assembly methods have also been studied as the use of an organic mold forcing the structuration according to a particular crystalline phase, but also the selective hybridization of complementary DNA strands between rods and metal nanoparticles. The optical properties of these materials were then analyzed by fluorescence spectroscopy and several cases have shown an enhancement of the fluorescence intensity.

Des nanoparticules (NPs) organiques photochromes (par réaction de cyclisation/cycloréversion entre une forme ouverte et une forme fermée) de diaryléthènes (P1 et PF1) ont été fabriquées par photofragmentation laser. La caractérisation des tailles et des propriétés photophysiques ont été effectuées par microscopie et spectroscopie (absorption UV-visible, DLS, AFM, MEB). Pour P1, l'influence de la fluence du laser et de la température sur la taille des NPs a été démontrée. Egalement, la compétition entre le photochromisme et la photofragmentation a été mise à profit pour contrôler la photofragmentation laser par la réaction photochrome. Une exaltation du rendement quantique de la réaction de cycloréversion par l'absorption à deux photons successifs a été montrée en solution. Dans le cas des NPs, la présence d’un processus d'annihilation S1-S1 accentue cette exaltation. Concernant PF1, la dépendance en longueur d’onde d’excitation du rendement quantique de cycloréversion en solution a été démontrée et plusieurs conformations de la forme ouverte ont été identifiées. Les NPs de PF1 sont apparues comme un bon compromis entre la phase solide (fluorescente, non photochrome) et la solution (peu fluorescente, photochrome) : elles permettent une photocommutation efficace de la fluorescence. Une dépendance en taille des rendements quantiques de cyclisation/cycloréversion et des propriétés de fluorescence a été observée dans le cas des NPs. Le transfert d’énergie intermoléculaire au sein des NPs permet d’amplifier l’extinction de fluorescence lors de la réaction photochrome. Ces résultats apportent des perspectives dans le stockage d'informations numériques de haute densité. / Nanoparticles (NPs) of organic photochromic (cyclization/cycloreversion reaction between open and closed forms) materials (P1 and PF1) were prepared by the laser ablation method. Their size and their photophysical properties were investigated by microscopy and spectroscopy methods (UV-visible absorption, DLS, AFM, SEM). Regarding P1, the influence of the laser fluence and the temperature on the NPs size was evidenced. The competition between photochromism and ablation process was used to control the NPs formation by photochromism. An enhancement of the cycloreversion reaction occurred, via a stepwise two-photon absorption. In addition, in NPs, S1-S1 annihilation led to a further enhancement. Concerning PF1, a thorough study, involving quantum yields determination and DFT calculations was made. The cycloreversion quantum yield in solution shows an excitation wavelength dependence and several conformations of the open form were identified. NPs of PF1 were also prepared, and behave as a balanced trade-off between bulk (fluorescent, non photochromic) and solution (weakly fluorescent, photochromic): they allow an efficient photoswitching of the fluorescence. NPs size dependence of the cyclization/cycloreversion quantum yields and fluorescence properties was evidenced. The intermolecular energy transfer processes within the NPs enhances the fluorescence quenching during the photochromic reaction. These results are aimed to bring new perspectives results in the field of high-density digital information storage.

Les matrices d’excitation et d’émission de fluorescence (MEEF) sont utilisées pour caractériser la matière organique naturelle (MON). Afin de mieux exploiter ces informations, un algorithme trilinéaire, PARAFAC, est employé. Après l’élimination des diffusions Rayleigh et Raman et la correction de l’effet d’écran, cette méthode permet de séparer les composants spectraux présents dans les MEEF.Ce travail présente deux études : la qualification et la quantification de la MON selon son origine environnementale et le calcul des constantes de complexation de la MON et du cuivre sous forme ionique.Les composants spectraux et leurs intensités relatives sont calculés par PARAFAC à partir 1146 échantillons regroupés suivant les missions, leur type de milieu, ou le niveau de salinité. Pour étudier ces composants, une nouvelle représentation spectrale est proposée afin de mettre en évidence leur variabilité spectrale. Les résultats montrent que le regroupement d’échantillons d’origine diverse conserve le recouvrement spectral global et les intensités relatives. Sur l’ensemble du domaine spectral, les zones correspondant aux substances humiques sont peu variables, comparées à la zone protéinique.La complexation des métaux par la MON est analysée par une technique combinant quatre outils : l’ajout logarithmique d’ions métalliques, la mesure de MEEF, la méthode PARAFAC et l’algorithme PROSECE. La mesure du quenching de fluorescence ne se limite pas seulement à la modélisation d’une intensité de fluorescence mais à celle de l’intensité relative de chaque composant PARAFAC surpassant ainsi les méthodes utilisées jusqu’à présent. Finalement, l’application de cette technique originale permet de quantifier les propriétés de complexation de la MON à l'aide d'un modèle de complexation utilisant 2 sites de complexation par composant en utilisant la totalité du signal de fluorescence. / Fluorescence excitation and emission matrices (EEM) are used to characterize natural organic matter (NOM). To make best use of this information, PARAFAC, a trilinear algorithm is employed. After removing Rayleigh and Raman scattering and correction of the inner filter effect, this method allows separating the spectral components present in MEEF.This work presents two studies: the characterization and quantification of NOM according to its origin and calculation of environmental complexation constants of NOM towards copper as ionic form.Spectral components and their relative intensities are calculated by PARAFAC from 1146 samples gathered according to the missions, the medium type, or the salinity level. To study these components, a new spectral representation is proposed in order to highlight their spectral variability. The results show that even when samples spectra of various origins are clustered, the overall spectral overlap and the relative intensities remain almost similar. On the whole spectral range, areas corresponding to humic substances are quite variable, compared to the protein zone.Metal complexation by NOM is analyzed by combination of four tools: metal ions logarithmic addition, MEEF measurement, the PARAFAC dissociation method and the PROSECE modelling algorithm. Fluorescence quenching measurement is not only limited to the modelling of fluorescence intensity but also to the relative intensity of each PARAFAC-dissociated component though surpassing the methods used so far. Finally, the application of this improving technique leads to quantify NOM complexation properties using a two-complexing sites complexation model for each PARAFAC-dissociated component by using the whole fluorescence signal.

Au cours de cette thèse, nous avons synthétisé et caractérisé de nouveaux composés en utilisant le macrocycle porphyrine en tant que brique moléculaire. L’objectif, après la synthèse, était d’étudier les propriétés photophysiques de ces nouvelles molécules. Plus précisément, nous avons considérés trois groupes de dendrimères fluorènyles-porphyrines et deux oligomères avec des structures conjuguées. Les corrélations structures et propriétés optiques ont été discutées en détail, ainsi que le transfert d’énergie du dendron conjugué donneur. Dans le premier chapitre, nous avons décrit la chimie des porphyrines en considérant surtout trois aspects: (i) structure, (ii) propriétés optiques et (iii) méthode synthétique. Nous avons également reporté les porphyrines préalablement étudiées dans notre groupe de recherche et proposé de nouveaux modèles lors de cette thèse. Dans le deuxième chapitre, nous avons étudié l’influence de la position de substitution du phényle sur le coeur central qui est la porphyrine TPP. Deux groupes de nouveaux dendrimères ont été synthétisés avec différentes positions de substitution du phényle de la TPP: série parasubstituée TPP1, TPP2 et TPP3, et série méta-substituée TPP4, TPP5 et TPP6. Ces dendrimères ont tous des dendrons conjugués avec des ponts phényl-alcynes et des groupements fluorènyles terminaux. Dans le troisième chapitre, pour étudier l’influence des antennes périphériques, une série de dendrimères de porphyrine à base de TFP avec différentes positions de fluorènyles dans les dendrons conjugués (fluorényle central, fluorényle pontant et fluorényle terminal): TFP1, TFP2 et TFP3 a été synthétisée. Le fluorényle central influence principalement l’émission et le rendement quantique, alors que le fluorényle ponté et le fluorényle terminal ont un plutôt un effet sur l’absorption et l’émission du dendron en raison du transfert d’énergie prenant effet. Pour le plus gros dendrimère TFP3, lors de l’excitation du dendron, une émission résiduelle lors du processus de transfert est observée due à une trop grande distance entre ce chromophore et le coeur de la porphyrine. Dans le quatrième chapitre, afin d’étudier l’influence des connexions dans le dendron, deux nouveaux dendrimères de porphyrine incorporant des ponts vinyles et alcynyles, TPP-D et TFP-D, ont été synthétisés et comparés aux analogues avec des ponts alcynes TPP-T et TFP-T. Ces ponts avec des doubles liaisons influencent dans une certaine mesure les propriétés optiques des dendrimères de porphyrine en fonction des positions occupées. Dans le dernier chapitre, deux oligomères (un dimère linéaire et en un trimère en étoile), ont été synthétisés à partir du même monomère de porphyrine avec TFP comme groupement terminaux. / During this thesis, we have worked on the synthesis and characterization of new compounds using the porphyrin macrocycle as a starting material. The aim, after synthesis, was to study the photophysical properties of these new molecules. More precisely, we have synthesized and characterized three groups of fluorenyl-porphyrin dendrimers and two oligomers in conjugated structures. Their correlation on optical property-structure have been discussed in detail, as well as the energy transfer processes from the conjugated dendron donor to porphyrin acceptor. In the first chapter, we introduce the general background of the porphyrin chemistry based on three aspects: (i) structure, (ii) optical properties and (iii) synthetic methods. We further review prior porphyrin studies done in our group and propose new molecular designs based on these results. In the second chapter, we study the influence of substitution position and nature of the antennae on the central core. Two groups of new TPP-cored porphyrin dendrimers were synthesized according to different substituted positions on the peripheral phenyl rings: para-substituted series TPP1, TPP2 and TPP3, and meta-substituted ones TPP4, TPP5 and TPP6. All have conjugated dendrons with bridged phenyl-alkynyl and are terminated by fluorenyl groups. In the third chapter, we study the influence of positions of light absorbers. To this aim, a series of TFP-cored porphyrin dendrimers presenting fluorenyls in conjugated dendrons on different positions is reported (core fluorenyl, bridging fluorenyl and terminal fluorenyl): TFP1, TFP2 and TFP3. The core fluorenyl mainly influences emission peaks and quantum yield, while the bridging fluorenyl and terminal fluorenyl have a large effect on the dendron absorption and on the energy transfer efficiency. Thus, for the largest dendrimer TFP3, dendron emission is not totally quenched by long distance energy transfer process when exciting the peripheral dendrons. In the fourth chapter, we study the influence of linkages in the Dendron. Thus, two new porphyrin dendrimers with bridged vinyl, TPP-D and TFP-D, were synthesized and compared to analogues with alkynyl bridged TPP-T and TFP-T. Vinyl and alkynyl bridges are shown to influence the optical properties of the porphyrin dendrimers to a certain extent depending on the substituted positions. Finally, in the last chapter, two oligomers with n-butyl substituted TFP as terminal group, a linear dimer and a star – shaped trimer, were synthesized from the same porphyrin monomer.

A doença cancro cítrico é considerada uma das mais importantes doenças da citricultura devido ao seu poder de proliferação nas fazendas, e aos danos causados às plantas e frutos. Os prejuízos causados pela presença da doença são consideravelmente preocupantes, pois as principais medidas de controle pelos órgãos responsáveis envolvem a erradicação de plantas infectadas e demais plantas vizinhas, inviabilizando economicamente grandes áreas produtivas. A legislação brasileira exige um extenso protocolo de atividades que necessita ser realizado antes da confirmação do diagnóstico. Atrasos na confirmação do diagnóstico favorecem a proliferação da doença. Assim, qualquer esforço em acelerar esta detecção deve com certeza ter um grande impacto nesta área. Esta é a motivação de nosso trabalho, onde aplicamos a técnica de espectroscopia por imagens de fluorescência em folhas de culturas cítricas com a intenção de avaliar a capacidade de diagnóstico desta técnica em plantas assintomáticas contaminadas no laboratório com cancro cítrico. O objetivo é determinar o instante de tempo mínimo necessário entre a infecção e o diagnóstico preciso da doença. Este estudo foi aplicado para experimentos envolvendo amostras destrutivas e não-destrutivas. Os resultados mostram a possibilidade de aplicar tal técnica na detecção de cancro cítrico. / The citrus canker disease is considered one of the most important citrus diseases due to its ability to spread on farms, and to damage plants and fruits. The damage, caused by the citrus canker, can be devastating, because the main control actions involve the eradication of infected plants and other plants nearby, causing large economic losses. Brazilian law requires an extensive testing protocol to confirm the diagnosis. Delays in diagnosis tests allows the spread of the disease. Therefore, any effort to accelerate this procedure will have a major impact in this area. This is the motivation of our work, where we apply the fluorescence imaging spectroscopy technique on citrus leaves with the goal to evaluate the diagnostic capability of this technique in asymptomatic plants infected with citrus canker in the laboratory. The goal is to determine the minimum time delay between infection and accurate diagnosis of the disease. This study was applied to experiments involving non-destructive and destructive samples. The results show the possibility of applying this technique in the detection of citrus canker.

L'étude de la dynamique des protéines est essentielle pour comprendre les processus biologiques. Notre laboratoire a développé une nouvelle classe de protéines fluorescentes semi-synthétiques, appelée Fluorescence-Activating and absorption-Shifting Tag (FAST). Cette thèse de doctorat présente le développement de nouveaux systèmes FAST avec diverses propriétés pour l'imagerie multiplexée. Nous avons développé une série de fluorogènes permettant de modifier la couleur de FAST de vert-jaune à orange et rouge. Au delà de l’application de l’imagerie multi-couleurs, ces fluorogènes permettant un échange dynamique des couleurs grâce à la liaison réversible de FAST, ouvrant de nouvelles perspectives pour le développement de méthodes d’imagerie sélective reposant sur la dynamique de systèmes réactifs. Pour étendre davantage les propriétés spectrales de FAST vers le rouge lointain, nous avons développé une nouvelle série de fluorogènes rouges, pour lesquels nous avons sélectionné par une stratégie d'évolution dirigée basée sur le yeast display et la cytométrie en flux de nouveaux tags protéiques capables d’interagir avec ces fluorogènes et d’activer leur fluorescence. Nous avons enfin développé de nouveaux fluorogènes capables de former des complexes fluorescents avec FAST, mais incapables de traverser la membrane plasmique, ce qui permet de détecter sélectivement les protéines membranaires. / Studying protein activities could help us to understand the complex mechanisms controlling cells and organisms. Our laboratory recently developed Fluorescence-Activating and absorption-Shifting Tag (FAST), a small fluorogen-based reporter enabling to fluorescently label fusion proteins in living cells. My PhD thesis presents the developments of new FAST systems with various properties for multiplexed imaging. We report a collection of fluorogens enabling to tune the fluorescence color of FAST from green-yellow to orange and red. Beyond allowing multicolor imaging of FAST-tagged proteins in live cells, these fluorogens enable dynamic color switching because of FAST’s reversible labeling, opening great prospects for the design of selective imaging methods relying on dynamic systems. In order to further expand the spectral properties of FAST to red, we also designed and developed a library of red fluorogenic dyes, for which we engineered specific protein binders by applying a directed evolution strategy based on the yeast display technology and high-throughput fluorescence activating cell sorting (FACS). We finally developed novel fluorogens able to form fluorescent complexes with FAST, but incapable of crossing the plasma membrane, which makes it possible to selectively detect FAST-tagged cell-surface proteins.

Le but de cette thèse est la synthèse, l’optimisation et la fonctionnalisation de nanoparticules coeur-coquille organique@inorganique qui constituent une nouvelle classe de nanotraceurs pour l’imagerie profonde à deux photons de la vascularisation des tumeurs. Ces NPs cœur-coquille qui contiennent un cœur nanocristallin organique (ca 40-50 nm) enrobé d’une coquille de silice sont synthétisées en utilisant une méthode de séchage d’aérosol originale développée dans notre groupe. Le procédé est basé sur la nucléation et la croissance confinées d’un nanocristal organique ayant lieu simultanément avec la formation d’une croûte de silice par le séchage rapide de gouttelettes contenant des oligomères de silice un colorant organique et du solvant dans un flux d’air à 150-200 °C. Ce procédé en une étape est rendu possible grâce au contrôle à la fois de la chimie sol-gel (polycondensation) et du procédé de nanocristallisation qui ont lieu simultanément. Les précurseurs silicatés sont des alcoxydes de silicium : le TMOS (tetraméthoxysilane) et le TMSE (bis(triméthoxysilyl)éthane) choisis pour formés la coquille d’organosilice. De plus, l’organosilane AzPTES ((3-azidopropyl)triéthoxysilane) est utilisé pour inclure des fonctions azoture aux NPs pour une fonctionnalisation ultérieure avec des fragments organiques contenant des fragments alcyne par CuAAC (cycoaddition alcyne-azoture catalysée au cuivre). Les colorants organiques constituant le cœur organique sont non commerciaux et conçus pour fluorescer de façon très brillante à l’état solide sous excitation biphotonique dans le proche infra-rouge (fenêtre de transparence biologique). Ils ont en outre les propriétés physico-chimiques appropriées pour permettre leur nanocristallisation. Des NPs sphériques et sans défaut ont été obtenues, qui ont pu être mises en suspension colloïdale dans l’eau après dissolution basique partielle des coquilles puis neutralisation à pH physiologique.Afin de circuler de façon prolongée dans le flux sanguin pour permettre l’utilisation de ces NPs comme traceurs fluorescents, les NPs synthétisées ont été dérivatisées avec différentes fonctions pour augmenter leur stabilité colloïdale par des effets de charge ou stériques. L’influence de la fonctionnalisation a été étudiée en utilisant différentes techniques de caractérisation comme la spectroscopie de fluorescence, la diffusion dynamique de la lumière ou le potentiel zêta en conditions physiologiques. La fonctionnalisation par différents types de PEG (polyéthylène glycol) de différentes longueurs et modifiés par des fonctions alcyne a été effectuée. La spectroscopie infrarouge a permis de montrer le succès de la fonctionnalisation grâce à la diminution de l’intensité de la bande azoture et à l’apparition de vibrations CH. Les suspensions colloïdales de NPs fonctionnalisées par du PEG5000 ont été traitées dans l’eau ou dans du fluide biologique simulé, à 25 ou 37 °C. Dans tous les cas, la DLS a montré une bonne stabilité avec des diamètres moyens inférieurs à 200 nm dans tous les cas. La spectroscopie de fluorescence avant et après fonctionnalisation montre des brillances comparables ce qui suggère l’absence de blanchiment dans les conditions de fonctionnalisation. Les suspensions colloïdales une fois fonctionnalisées montrent une perte d’intensité de moins de 10% sur 8 h, ce qui suggère une stabilité colloïdale satisfaisante.L’interaction de ces NPs cœur-coquille avec différentes protéines sanguines a aussi été étudiée par DLS, et une très faible agrégation en présence de doses élevées de protéines a été montrée. Des tests d’imagerie par fluorescence à deux photons sur souris sont en cours. / The aim of this work is the synthesis, optimization and functionalization of organic@inorganic core-shell nanoparticles (NPs), which constitute a novel class of nanoparticulate tracers, to be used for two-photon deep tissue imaging of tumor vascularization. These core-shell NPs, which comprise an organic dye nanocrystal core (ca 40-50 nm) surrounded by a silicate crust, are synthesized using an original spray-drying method developed in our group. This process is based on the confined nucleation and growth of an organic nanocrystal concomitantly with the formation of a silicate crust by fast drying of sprayed droplets containing silicate oligomers, organic dye and solvent under an air flux at 150-200 °C. This one-step synthesis is made possible thanks to the control of both the sol-gel chemistry (polycondensation) and the nanocrystallization process, which occur simultaneously. Alkoxide precursors, TMOS (tetramethoxysilane) and TMSE (1.2-bis(trimethoxysilyl)ethane) are chosen to form the silicate shell. Additionally, an organosilane, (3-azidopropyl) triethoxysilane (AzPTES), is used to impart an azide functionality to the NPs for further functionalization with alkyne-modified moieties using the Cu(I)-catalyzed 1,3-dipolar cycloaddition of organic azides to alkynes (CuAAC). The organic dyes for the nanocrystalline core are non-commercial and designed to exhibit high fluorescence intensity in the solid state under two-photon excitation in the near infrared (biological window) and the appropriate physico-chemical properties to enable their nanocrystallization. Spherical defect-free NPs were obtained. Colloidal NP suspensions were obtained after a basic partial dissolution of the shells of the NPs followed by acidic neutralization to pH 7.4, to match the pH of physiological media.In order to provide long circulation time of the NPs in the bloodstream to enable the use of these NPs as tracers for deep-tissue imaging, the synthesized NPs were derivatized with different moieties to improve their colloidal stability by charge/steric stabilization. The effects of the functionalization were studied using different characterization tools such as fluorescence spectroscopy, dynamic light scattering (DLS) and zeta potential under physiological conditions.Functionalization with different forms of alkyne-modified polyethylene glycol (PEG), differing in chain length and structure was done using CuAAC, to render them furtive and increase their circulation time in the bloodstream. The functionalized NPs, when compared with the initial core shell NPs (prior to functionalization) using IR spectroscopy, showed positive results, with reduction in the azide band intensity and appearance of bands corresponding to the C-H bonds of the PEG in the functionalized NPs. DLS performed on colloidal suspensions of the core-shell NPs functionalized with a long-chain (Mn :5000) PEG in two media, (a) water and (b) Simulated body fluid (SBF) solution, each tested at two different temperatures (i) 25 °C and (ii) 37 °C resulted in size distributions centered at less than 200 nm in all four cases, thereby indicating stability of the functionalized core-shell NP suspensions under physiological conditions. Fluorescence spectroscopy of the NP suspensions before and after functionalization also exhibited good results, with comparable brightness after functionalization, suggesting that no quenching occurred in the presence of Cu salts. The colloidal suspensions were found to have lost less than 10 % of the fluorescence signal, suggesting colloidal stability.The interactions of these core-shell NPs with different plasma proteins were also investigated, with minimal aggregation in the presence of high concentrations of proteins. Two-photon fluorescence imaging tests in mice are underway. In conclusion, bright, red-emitting core-shell NPs have been produced, which are promising for use in bio-imaging.

The dissertation thesis deals with study of advanced steady-state and time-resolved fluorescence techniques, which can be used for study of micellar systems properties. Selected fluorescence techniques were used for characterization of Septonex and CTAB cationic micellar systems and theirs interactions with hyaluronan. Fluorescent probe pyrene was used for determination of critical micelle concentration (CMC) and micellar aggregation number of these surfactants. The changes of fluorescence behaviour of fluorescein and prodan were studied in wide concentration range of Septonex. Next chapter of thesis deals with study of Förster resonance energy transfer between perylene and fluorescein in Septonex and CTAB micellar solutions and the effect of hyaluronan addition to these systems. Also steady-state and time-resolved fluorescence anisotropy studies were used for research of the effect of hyaluronan addition to micellar solutions. The last chapter of this thesis is focused on photophysical behaviour of Prodan in different solutions (water, Septonex solutions below CMC, hyaluronan solution, Septonex micellar solution and Septonex micellar solution with hyaluronan), which was discussed on the basis of time-resolved emission spectra.