Durant ce travail, la synthèse de nanoparticules hybrides composées d'un coeur organique cristallin fluorescent enrobé d'une coquille silicatée a été optimisée dans l'optique du développement d'un nouveau type de traceurs très brillants pour l'imagerie médicale (microscopie de fluorescence excitée à deux photons). La préparation des nanoparticules a pu être adaptée à différents types de fluorophores organiques. La composition de la coquille organosilicatée peut elle aussi être modulée afin de modifier les propriétés de dispersion en solution aqueuse, la charge de surface des particules ou les fonctions chimiques de surface. Le coeur organique de ces particules se dissolvant dans les solvants organiques, différentes stratégies de fonctionnalisation en milieu aqueux ont été réalisées afin d'augmenter la furtivité de ces objets in vivo. Ces différentes méthodes ont permis de faire circuler les nanoparticules dans le flux sanguins de souris. La durée de vie de circulation de ces particules restant cependant courte, de nouvelles stratégies de fonctionnalisation (chimie click) devraient permettre à l'avenir d'allonger ce temps de circulation. / This work has allowed the synthesis of hybrid nanoparticles composed by organic crystal cores embedded in organosilicate shells for the development of in vivo imaging applications(two-photon fluorescence microscopy). The synthesis of these nanoparticles has been adapted with different types of organic dyes. The composition of the silicate shell can also be modulated in order to modify the properties of dispersion in aqueous solution, the surface charge of particles or chemical functions present at the surface. Due to the dissolution of organic cores in organic solvents, different strategies of functionalization were developed in aqueous media to enhance the furtivity of these nanoparticles in vivo. These methods have led to the circulation of the nanoparticles into the bloodstream of mice. However, the circulation lifetime of these nanoparticles is short. New strategies of functionalization (click chemistry) should help in the future to extend this circulation time for the possible development of these new fluorescent tracers.

Nous avons démontré la faisabilité et la reproductibilité de notre méthode d'élaboration en une étape de nanocristaux organiques en coquilles sol-gel obtenues par nébulisation, en utilisant différents types de molécules organiques, de solvant et matrices sol-gel. L'utilisation de différentes techniques de caractérisation (microscopie électronique à balayage, spectroscopies de luminescence à un et deux photons) a permis d'optimiser les conditions d'élaboration afin d'obtenir des nanoparticules hybrides de petites tailles, encapsulant un maximum de fluorophore, très luminescentes et biocompatibles. La microscopie électronique à balayage et la diffraction électronique nous ont permis de prouver la présence d'un cœur monocristallin au sein des nanoparticules et de définir les structures cristallines présentes. Les propriétés des nanocristaux comme agent imageant de la micro-vascularisation du cortex cérébral chez le petit animal en deux-photons ont ensuite été analysées par spectroscopie de fluorescence à deux-photons ainsi que la non-toxicité des particules vis - à - vis du vivant. Enfin, les premiers tests in-vivo des nanoparticules comme agents imageant, nous ont poussé à les fonctionnaliser afin d'augmenter leur furtivité et d'y ajouter une nouvelle fonction de ciblage.

Nous avons optimisé l'élaboration de nanocristaux organiques dans des couches minces sol-gel obtenues par « spin-coating ». Notre étude a porté plus particulièrement sur la préparation de sols avec des précurseurs contenant des groupes espaceurs organiques rigides en vue d'augmenter la taille des pores de la matrice sol-gel. L'utilisation de différentes techniques de caractérisation (microscopie optique confocale, microscopie électronique en transmission) nous a permis de sélectionner les fluorophores adaptés pour notre étude et de comparer le processus de nucléation-croissance de cristaux non supportés obtenus à partir de solutions libres avec le confinement spatial apporté par notre méthode de nanocristallisation. La diffraction électronique et la microscopie de fluorescence résolue en polarisation nous ont permis d'identifier un grand nombre de nanoparticules cristallisées et dans certains cas, de prouver leur monocristallinité. Les propriétés des nanocristaux en tant que fonction de signalisation d'un capteur chimique ont ensuite été analysées par spectroscopie de fluorescence résolue dans le temps. En effet, l'adsorption d'une molécule sonde appropriée entraîne une inhibition de la fluorescence des nanocristaux, d'autant plus significative grâce à l'ordre cristallin, qui permet de délocaliser l'excitation lumineuse sur une grande proportion des 10^4 à 10^10 molécules du nanocristal. En ajustant la porosité de la matrice sol-gel par des précurseurs contenant des groupes espaceurs, nous avons soit optimisé la diffusion de molécules vers les nanocristaux, soit protégé les nanocristaux contre des interactions non spécifiques. Enfin, nous avons montré les potentialités de nos échantillons comme capteurs biologiques.