L’objectif de cette thèse est la fabrication d’un microdispositif magnétique pour la détection et la manipulation d’éléments biologiques à base de nanoparticules magnétiques en conditions microfluidiques. Il a pour but d’intégrer des fonctions de base de contrôle et détection magnétique, pour atteindre des mesures spécifiques, stables, rapides et reproductibles. En effet, la technique d’immunodosage couplée à des nanoparticules magnétiques, bien connue dans la littérature, nécessite un contrôle du déplacement de ces dernières pour les fonctionnaliser efficacement et créer un complexe biologique encapsulant une molécule cible (biomarqueur). Dans notre cas une molécule modèle pour le domaine de la biodéfense a été utilisée : l’ovalbumine. Pour contrôler le champ magnétique nécessaire pour la capture des complexes magnétiques, nous avons opté pour l’utilisation de microbobines intégrées aux dispositifs fluidiques et comparé cette technique originale avec d’autres plus conventionnelles. Pour détecter un complexe biologique, la fluorescence est largement utilisée en biologie, mais cette technique ne permet pas une intégration complète pour un dispositif autonome. Dans cette optique, nous proposons la détection des complexes à base de nanoparticules magnétiques en relevant la variation de l’inductance d’un microcircuit magnétique refermant une chambre microfluidique contenant ces complexes immunologiques. Le dimensionnement des microbobines de contrôle par simulation a permis de déterminer les paramètres permettant d’obtenir le champ magnétique le plus adapté au contrôle des complexes biologiques. Dans le cas des microbobines utilisées pour la détection, des branches magnétiques micrométriques ont été insérées autour des microbobines pour créer un circuit de détection magnétique encore plus sensible. La réalisation de ces dispositifs a impliqué l’intégration de matériaux et de structures de nature fortement hétérogène, et leur assemblage a nécessité de résoudre de nombreux verrous technologiques. L’enjeu a été de déterminer l’ensemble des étapes successives et nécessaires pour un procédé de microfabrication fiable et reproductible. Pour montrer l’intérêt des dispositifs de capture des nanoparticules magnétiques, des tests immunologiques ont été réalisés tout d’abord en microtubes pour les comparer à ceux réalisés dans un circuit fluidique à l’aide d’aimant externe puis de microbobines intégrées. Dans ce dernier cas, une optimisation considérable a été validée en termes de réduction de temps d’incubation, de reproductibilité des mesures et de limites de détection équivalentes à l’état de l’art pour l’ovalbumine. Pour le dispositif de détection magnétique, des premières expériences de caractérisation électrique ainsi que des études en concentration de nanoparticules magnétiques ont été réalisées et comparées aux résultats obtenus par simulation. Pour la preuve de concept, un démonstrateur de détection de complexes magnétiques a été également finalisé validant la possibilité d’intégration du microcircuit magnétique dans un dispositif fluidique. Il a validé également l’obtention d’une gamme de sensibilité remarquable corrélée à la présence des complexes magnétiques. Ses caractéristiques ont été confrontées à celles obtenues par les simulations et discutées en tenant compte de toutes les étapes critiques du procédé de microfabrication. / RésuméThe objective of this thesis is the fabrication of a magnetic microdevice for the detection and manipulation of biological elements based on magnetic nanoparticles under microfluidic conditions. It aims to integrate basic functions of control and magnetic detection, to achieve specific, stable, fast and reproducible measurements. Indeed, the immunoassay technique coupled to magnetic nanoparticles, well known in the literature, requires a control of the displacement of magnetic nanoparticles to effectively functionalize them and create a biological complex to encapsulate a target molecule (biomarker). In our case, a model molecule for the field of biodefense was used: ovalbumin. To control the magnetic field which is necessary for the capture of magnetic complexes, we opted for the use of microcoils integrated in the fluidic devices and compared this original technique with other more conventional ones. To detect a biological complex, fluorescence is widely used in biology, but this technique does not allow a complete integration for an autonomous device. In this context, we propose the detection of complexes based on magnetic nanoparticles by observing the variation of the inductance of a magnetic microcircuit closing a microfluidic chamber containing these immunological complexes. The design of the control microcoils by simulation made it possible to determine the parameters allowing to obtain the most adapted magnetic field to the control of the biological complexes. In the case of microcoils used for detection, micrometric magnetic branches were inserted around the microcoils to create an even more sensitive magnetic sensing circuit. The realization of these devices involved the integration of materials and structures of highly heterogeneous nature, and their assembly has required to solve many technological locks. The challenge was to determine all the successive and necessary steps for a reliable and reproducible microfabrication process. To show the interest of magnetic nanoparticle capture devices, immunoassays were first performed in microtubes to compare with those made in a fluid circuit using external magnet and integrated microcoils. In the latter case, considerable optimization has been validated in terms of reduction of incubation time, reproducibility of measurements and detection limits equivalent to the state of the art for ovalbumin. For the magnetic detection device, first experiments of electrical characterization as well as concentration studies of magnetic nanoparticles were carried out and compared to the results obtained by simulation. For the proof of concept, a demonstrator of detection of magnetic complexes was also finalized validating the possibility of integration of the magnetic microcircuit in a fluidic device. It has also validated obtaining a remarkable range of sensitivity correlated with the presence of magnetic complexes. Its characteristics were compared to those obtained by the simulations and discussed taking into account all the critical steps of the microfabrication process.

Dans cette thèse, le transport de scalaires dans des ferrofluides / ferrogels est étudié théoriquement et expérimentalement. L’intérêt principal est de quantifier expérimentalement le processus de transport de masse dans des ferrofluides / ferrogels exposés à un champ magnétique externe et de comprendre les mécanismes sous-jacents à ces processus à la lumière de simulations ferrohydrodynamiques (FHD). Nous visons également à utiliser les phénomènes de transport améliorés, identifiés dans les ferrofluides pour des applications de génie de la réaction chimique, par le biais d'études expérimentales sur le mélange / micromélange en micro-canal. L’introduction présente les principes de base de la dynamique des ferrofluides et des nanoparticules magnétiques (NPM) du point de vue de la mécanique des fluides et de la physique des colloïdes. Le cadre de ferrohydrodynamique, englobant les équations du mouvement des ferrofluides en relation avec la relaxation magnétique, y est expliqué. La littérature récente pertinente au transport de scalaires et au mélange dans les ferrofluides est examinée et les mécanismes d'intensification de transport de masse dans le ferrofluides excités par divers types de champs magnétiques sont discutés. Le première chapitre présente des observations expérimentales et des simulations numériques sur le transport de scalaires dans un ferrofluide de type Brownien au repos mais soumis à un champ magnétique rotatif (CMR). Les expériences de transport de masse ont été conduites dans un mélangeur capillaire en T excité transversalement par un champ magnétique uniforme. Une augmentation significative du transport de masse a été observée en présence de CMR dans une direction normale à l'axe de rotation du champ magnétique. Un tel contrôle directionnel par CMR a permis de mettre en évidence le caractère anisotrope du flux de masse puisque la diffusion moléculaire était le seul mécanisme de transport agissant dans une direction parallèle à l'axe du capillaire. Le rôle de l'advection du ferrofluide induite par CMR (écoulement spin-up) quant à l'amélioration du transport de masse a été examiné à la lumière de la solution de l'équation d’advection-diffusion et de la comparaison des prédictions numériques de FHD avec les résultats expérimentaux. Une analyse comparative systématique des simulations numériques par rapport aux observations expérimentales a révélé que la diffusivité effective dans le ferrofluide peut être représentée par un tenseur diagonal dont les composantes sont fonction de la fréquence du CMR et de la concentration des NPM. / Dans cette thèse, le transport de scalaires dans des ferrofluides / ferrogels est étudié théoriquement et expérimentalement. L’intérêt principal est de quantifier expérimentalement le processus de transport de masse dans des ferrofluides / ferrogels exposés à un champ magnétique externe et de comprendre les mécanismes sous-jacents à ces processus à la lumière de simulations ferrohydrodynamiques (FHD). Nous visons également à utiliser les phénomènes de transport améliorés, identifiés dans les ferrofluides pour des applications de génie de la réaction chimique, par le biais d'études expérimentales sur le mélange / micromélange en micro-canal. L’introduction présente les principes de base de la dynamique des ferrofluides et des nanoparticules magnétiques (NPM) du point de vue de la mécanique des fluides et de la physique des colloïdes. Le cadre de ferrohydrodynamique, englobant les équations du mouvement des ferrofluides en relation avec la relaxation magnétique, y est expliqué. La littérature récente pertinente au transport de scalaires et au mélange dans les ferrofluides est examinée et les mécanismes d'intensification de transport de masse dans le ferrofluides excités par divers types de champs magnétiques sont discutés. Le première chapitre présente des observations expérimentales et des simulations numériques sur le transport de scalaires dans un ferrofluide de type Brownien au repos mais soumis à un champ magnétique rotatif (CMR). Les expériences de transport de masse ont été conduites dans un mélangeur capillaire en T excité transversalement par un champ magnétique uniforme. Une augmentation significative du transport de masse a été observée en présence de CMR dans une direction normale à l'axe de rotation du champ magnétique. Un tel contrôle directionnel par CMR a permis de mettre en évidence le caractère anisotrope du flux de masse puisque la diffusion moléculaire était le seul mécanisme de transport agissant dans une direction parallèle à l'axe du capillaire. Le rôle de l'advection du ferrofluide induite par CMR (écoulement spin-up) quant à l'amélioration du transport de masse a été examiné à la lumière de la solution de l'équation d’advection-diffusion et de la comparaison des prédictions numériques de FHD avec les résultats expérimentaux. Une analyse comparative systématique des simulations numériques par rapport aux observations expérimentales a révélé que la diffusivité effective dans le ferrofluide peut être représentée par un tenseur diagonal dont les composantes sont fonction de la fréquence du CMR et de la concentration des NPM. Dans le deuxième chapitre, nous avons exploité le concept de diffusion effective anormale anisotrope dans les ferrofluides pour expliquer les variations de la dispersion axiale observées expérimentalement pour un écoulement de Poiseuille en présence de CMR. Les résultats expérimentaux ont montré que la distribution des temps de séjour (DTS) en présence de CMR est moins asymétrique avec un temps de percée de plus en plus retardé lorsque la fréquence de CMR et/ou la concentration en nanoparticules magnétiques augmente(nt). La solution de l'équation d'advection-diffusion couplée aux équations de transport de quantité de mouvement sous champ magnétique rotatif signale une faible contribution de l'advection dans le phénomène observé. Les simulations numériques ont également montré que la réduction de la dispersion axiale était le résultat d'une diffusivité effective anisotrope anormale dans le ferrofluide suggérant une échelle de mélange de l’ordre de quelques nanomètres dictée par l’effet de la rotation du champ magnétique sur la matrice liquide porteuse non-magnétique des NPM. Dans le troisième chapitre, les propriétés de transport de masse du ferrofluide identifiées ont ensuite été examinées pour des applications de mélange et de micromélange via des techniques réactionnelles. Une étude comparative a été menée pour évaluer l'efficacité du mélange entre des fluides magnétiques et non magnétiques dans un mélangeur de type T capillaire, cylindrique et soumis à des champs magnétiques statique (CMS), oscillant (CMO) et rotatif. En utilisant la réaction modèle de Villermaux-Dushman, nous avons mis en évidence la sensibilité de la sélectivité de cette réaction au micromélange et au transfert de masse au niveau moléculaire. Les résultats ont montré une réduction substantielle de la résistance au transport à l’échelle nanométrique avec des effets mesurables sur la distribution des produits lorsque le mélange est stimulé par un cham magnétique rotatif. Dans le chapitre quatre, nous étendons le concept de mélange NPM/CMR aux ferrogels, préparés en ensemençant des (dipôles durs) nanoparticules de cobalt-ferrite dans un hydrogel de polyacrylamide. L'analyse quantitative des données d’aimantation a révélé l'existence de NPM hydrodynamiquement libres, donc sensibles à la relaxation brownienne, ainsi que des NPM mécaniquement bloquées dans la structure du ferrogel. Un ferrogel contenant des MNP hydrodynamiquement libres engendre des diffusivités effectives d’un soluté passif largement supérieures à la diffusion moléculaire intrinsèque mesurée pour le même soluté au sein de la structure de ferrogel en absence de champ magnétique rotatif. Les résultats expérimentaux et théoriques de cette thèse pourraient ouvrir la voie à l’utilisation de MNP/ferrofluide stimulés par champ magnétique pour la conception et le développement de systèmes micro-fluidiques et de matériaux magnétiques multifonctionnels dotés de propriétés de transport contrôlables à distance. / Dans le deuxième chapitre, nous avons exploité le concept de diffusion effective anormale anisotrope dans les ferrofluides pour expliquer les variations de la dispersion axiale observées expérimentalement pour un écoulement de Poiseuille en présence de CMR. Les résultats expérimentaux ont montré que la distribution des temps de séjour (DTS) en présence de CMR est moins asymétrique avec un temps de percée de plus en plus retardé lorsque la fréquence de CMR et/ou la concentration en nanoparticules magnétiques augmente(nt). La solution de l'équation d'advection-diffusion couplée aux équations de transport de quantité de mouvement sous champ magnétique rotatif signale une faible contribution de l'advection dans le phénomène observé. Les simulations numériques ont également montré que la réduction de la dispersion axiale était le résultat d'une diffusivité effective anisotrope anormale dans le ferrofluide suggérant une échelle de mélange de l’ordre de quelques nanomètres dictée par l’effet de la rotation du champ magnétique sur la matrice liquide porteuse non-magnétique des NPM.. Dans le troisième chapitre, les propriétés de transport de masse du ferrofluide identifiées ont ensuite été examinées pour des applications de mélange et de micromélange via des techniques réactionnelles. Une étude comparative a été menée pour évaluer l'efficacité du mélange entre des fluides magnétiques et non magnétiques dans un mélangeur de type T capillaire, cylindrique et soumis à des champs magnétiques statique (CMS), oscillant (CMO) et rotatif. En utilisant la réaction modèle de Villermaux-Dushman, nous avons mis en évidence la sensibilité de la sélectivité de cette réaction au micromélange et au transfert de masse au niveau moléculaire. Les résultats ont montré une réduction substantielle de la résistance au transport à l’échelle nanométrique avec des effets mesurables sur la distribution des produits lorsque le mélange est stimulé par un cham magnétique rotatif. Dans le chapitre quatre, nous étendons le concept de mélange NPM/CMR aux ferrogels, préparés en ensemençant des (dipôles durs) nanoparticules de cobalt-ferrite dans un hydrogel de polyacrylamide. L'analyse quantitative des données d’aimantation a révélé l'existence de NPM hydrodynamiquement libres, donc sensibles à la relaxation brownienne, ainsi que des NPM mécaniquement bloquées dans la structure du ferrogel. Un ferrogel contenant des MNP hydrodynamiquement libres engendre des diffusivités effectives d’un soluté passif largement supérieures à la diffusion moléculaire intrinsèque mesurée pour le même soluté au sein de la structure de ferrogel en absence de champ magnétique rotatif. Les résultats expérimentaux et théoriques de cette thèse pourraient ouvrir la voie à l’utilisation de MNP/ferrofluide stimulés par champ magnétique pour la conception et le développement de systèmes micro-fluidiques et de matériaux magnétiques multifonctionnels dotés de propriétés de transport contrôlables à distance. / The solution of advection-diffusion equation coupled to FHD equations of motion predicted weak contribution of advection in the observed phenomenon. The numerical simulations showed that the reduced axial dispersion is the outcome of anomalous anisotropic effective diffusivity in ferrofluid exposed to external uniform RMF. In chapter three, the identified mass transport properties of ferrofluid were further examined for (micro)-mixing applications in reaction engineering. A comparative study was conducted to evaluate the mixing efficiency between magnetic and non-magnetic fluids in a cylindrical capillary T-type mixer subjected to static (SMF), oscillating (OMF) and rotating magnetic fields. By using a probe reaction set (the Villermaux-Dushman reaction) with sensitive selectivity to mass transfer rate, mixing at molecular level was also investigated. The results showed substantial elimination of mass transfer rate influence on product distribution of chemical reactions when the mixing process is intensified with RMF. In chapter four, we extend the concept of mixing by MNP/RMF to ferrogels, prepared by seeding hard-dipole cobalt-ferrite MNP in polyacrylamide hydrogels. Quantitative analysis of magnetization data indicated the existence of hydrodynamically free MNPs, susceptible to Brownian relaxation along with mechanically blocked ones. A ferrogel consisting of hydrodynamically free MNP exhibits effective diffusivities higher than the intrinsic molecular diffusion of passive solute within the ferrogel structure. The experimental and theoretical findings in this thesis may open the way for application of magnetic field-stimulated MNP/ferrofluid for design and development of microfluidic systems and multifunctional magnetic materials with remote-controllable transport properties. / In this PhD thesis, the transport of scalars in ferrofluids/ferrogels is theoretically and experimentally studied. The major interest is to experimentally quantify mass transport process in ferrofluids/ferrogels exposed to external magnetic fields and also to understand the mechanisms underlying the observed enhanced mass transport processes through ferrohydrodynamic (FHD) simulations. We also aim at utilizing the identified enhanced transport phenomena in ferrofluids for reaction engineering applications through experimental studies on mixing/micromixing in microchannels. The introduction presents the basic principles and fundamentals of ferrofluid and magnetic nanoparticles (MNP) dynamics from fluid mechanics and colloidal physics perspectives. The framework of ferrohydrodynamics (FHD), encompassing the ferrofluid equations of motion in connection with magnetic relaxation is explained. The recent literature relevant to the subject of scalar transport and mixing in ferrofluids is reviewed and the mechanisms of rate intensification of mass transport in ferrofluid subjected to various types of magnetic fields are discussed. The first chapter reports experimental observations and numerical simulations on the transport of scalars in quiescent Brownian ferrofluids under rotating magnetic field (RMF). The mass transport experiments were conducted in a cylindrical capillary T-mixer in presence/absence of transverse uniform RMF. Significant enhancement in mass transport was observed in presence of RMF in a direction normal to rotation axis of magnetic field. RMF directional control of mass flux enhancement was anisotropic since the molecular diffusion was the only detected transport mechanism in a direction parallel to the capillary axis. The significance of RMF driven ferrofluid advection (spin-up flow) in mass transport enhancement was examined in the light of the solution of advection-diffusion equation and subsequent comparison of numerical predictions with experimental results. Systematic analysis of numerical simulations compared to experimental observations unveiled that the effective diffusivity in ferrofluid consists of a diagonal tensor whose components are a function of RMF frequency and MNP concentration. In the second chapter, we exploited the concept of anisotropic anomalous effective diffusion in ferrofluids to explain the experimentally observed variations of axial dispersion in ferrofluid capillary Poiseuille flow in presence of external RMF. The experimental results showed that residence time distribution (RTD) in presence of RMF is more symmetric with retarded breakthrough time when frequency of RMF and magnetic nanoparticles (MNP) concentration are increased.

L'objectif du projet de doctorat est le développement d'une procédure innovante de mesure et post-traitement des données pour obtenir des informations quantitatives sur les paramètres magnétiques de nanoparticules magnétiques individuelles par l'utilisation de la Microscopie à Force Magnétique (MFM). Les nanoparticules magnétiques (MNP), grâce à leurs propriétés magnétiques particulières (monodomaine, superparamagnétisme, etc.) et leur taille nanométrique, conviennent à plusieurs applications biomédicales, telles que les systèmes d'administration de médicaments, les traitements de hyperthermie magnétique, l'étiquetage cellulaire, les agents de contraste pour l'imagerie a résonance magnétique (IRM). La conception de ces techniques requiert une connaissance détaillée des propriétés magnétiques des nanomatériaux utilisès, comme l'aimantation de saturation Ms, le champ magnétique de saturation Hs, la coercivité Hc. Les techniques standard, comme les dispositifs supraconducteurs à interférence quantique (SQUID) ou la magnétomètrie à échantillon vibrant (VSM), permettent la détection des propriétés magnétiques globales des populations de nanoparticules. Mais la détection des propriétés magnétiques des particules isolées n'est pas possible et l'évaluation de ces propriétés en fonction de la taille des particules n'est pas explicite. Grâce à sa résolution latérale nanométrique et sa capacité à détecter des champs magnétiques faibles, MFM est un outil puissant pour la caractérisation de dimensions de nanoparticules isolées, ainsi que leurs propriétés magnétiques. Cependant, une méthodologie pour obtenir des informations quantitatives sur les caractéristiques magnétiques de nanoparticules isolées par MFM n'a pas été individualisée, principalement en raison de i) la complexité des interactions pointe-échantillon qui affectent les mesures MFM et qui produisent également des phénomènes non magnétiques (par exemple, des interactions électrostatiques), et ii) l’absence d'un modèle théorique décrivant les interactions magnétiques entre la pointe et une nanoparticule de manière cohérente avec les données expérimentales détectées. Pour exploiter toutes le potentialités de la technique MFM en tant qu'instrument de nanométrologie magnétique, la stratégie proposée et suivie dans ce projet est organisée en 4 phases:1) a vérification théorique et expérimentale et la rationalisation des problemes ouvertes limitant l'applicabilité de la MFM à la caractérisation magnétique quantitative des NP individuels; Dans cette phase, la présence d'artefacts électrostatiques a été individualisée comme principale limite responsable de l'incohérence entre les données expérimentales et les modèles théoriques décrivant les interactions tip-NP. 2) le développement d'un appareil instrumental et d'une procédure de mesure pour évaluer et éliminer les contributions non magnétiques (électrostatiques) affectant quantitativement les données MFM; 3) l'individuation d'un modèle théorique décrivant l'interaction magnétique pointe-NP, cohérente avec les données expérimentales, et capable d'établir une relation précise entre les données mesurées et les paramètres physiques à déterminer (magnétisation dans le cas spécifique); 4) le développement d'une procédure pour mesurer quantitativement les propriétés magnétiques, et eventuellement d'autres paramètres, de nanoparticules isolées par MFM. Les résultats obtenus avec les procédures et les méthodologies présentées dans cette thèse ont démontré la possibilité de réaliser des mesures magnétiques quantitatives sur des NP magnétiques individuelles par la plateforme technologique MFM. / The objective of the PhD project is the development of a innovative measurement procedure and a data post-processing method to obtain quantitative information about the magnetic parameters of single magnetic nanoparticles through the use of the Magnetic Force Microscopy (MFM) technique. Magnetic nanoparticles (MNPs), thanks to their particular magnetic properties (single domains, superparamagnetism, etc.) and their nanometric size, are thought to be suitable for several biomedical applications, such as drug delivery systems, magnetic hyperthermia treatments, cell labelling, contrast agents for Magnetic Resonance Imaging (MRI). The design of these techniques requires a detailed knowledge on the magnetic properties of the adopted nanomaterials, like the saturation magnetization Ms, the saturation magnetic field Hs, the coercivity Hc. Standard techniques, like Superconducting Quantum Interference Devices (SQUID) or Vibrating Sample Magnetometer (VSM), to allow the detection of global magnetic properties of nanoparticles populations. Nevertheless, the detection of magnetic properties of single particles is not possible and the evaluation of the particle size dependence is not explicit. Thanks to its nanometric lateral resolution and its capability to detect weak magnetic fields, MFM is a potential powerful tool for the characterization of single nanoparticles dimensions, together with their magnetic properties. However, a methodology to extract quantitative information about the magnetic characteristics of single nanoparticles through MFM has not been individuated, mainly because of the complexity of tip-sample interactions affecting MFM measurements, which produces also non magnetic phenomena (e.g. electrostatic interactions), and the lack of a theoretical model describing the magnetic tip-NP interactions consistently with the detected experimental data. In order to exploit all the potential capabilities of MFM as a magnetic nanometrology tool, the strategy proposed and followed in this project is organized in the following four phases: 1) the theoretical and experimental verification and rationalization of the open issues and the problems limiting the applicability of MFM to the quantitative magnetic characterization of single NPs; in this phase the presence of electrostatic artifacts has been individuated as the main limitation responsible for the inconsistency between experimental data and theoretical models describing the tip-NP interactions. 2) the development of an instrumental apparatus and a measurement procedure to evaluate and eliminate the non-magnetic (electrostatic) contributions quantitatively affecting the MFM data; 3) the individuation of a theoretical model describing the magnetic tip-NP magnetic interaction, coherent with the experimental data, and able to establish a precise relationship between the measured data and the physical parameters desired to be determined (magnetization in the specific case); 4) the development of a procedure to quantitatively measure the magnetic properties, and eventually other parameters, of single nanoparticles by MFM. The results obtained with the procedures and methodologies presented in this thesis demonstrated the possibility of performing quantitative magnetic measurements on single magnetic NPs by MFM technology platform. / L'obiettivo del progetto di dottorato è lo sviluppo di una procedura di misura innovativa e di un metodo di elaborazione dei dati al fine di ottenere informazioni quantitative sui parametri magnetici di singole nanoparticelle magnetiche attraverso l'uso della Microscopia a Forza Magnetica MFM. Le nanoparticelle magnetiche (MNPS), grazie alle loro particolari proprietà magnetiche (singolo dominio, superparamagnetismo, etc.) e le loro dimensioni nanometriche, stanno recentemente trovando grande applicazione in diverse tecniche in campo biomedico, come i sistemi di somministrazione mirata di farmaci, trattamenti di tumori tramite ipertermia magnetica, l'etichettatura cellulare, gli agenti di contrasto per la risonanza magnetica nucleare (MRI). Il design e l’ottimizzazione di queste tecniche richiede una conoscenza dettagliata delle proprietà magnetiche dei nanomateriali adottati, come la magnetizzazione di saturazione Ms, il campo magnetico di saturazione Hs, la coercitività Hc. Le tecniche standard, come i Superconducting Quantum Interference Devices (SQUID) o i magnetometro a vibrazione del campione (VSM), consentono il rilevamento delle proprietà magnetiche globali di numerose popolazioni di nanoparticelle. Ma il rilevamento delle proprietà magnetiche di singole particelle non è possibile e la valutazione di queste proprietà in dipendenza della dimensione delle particelle non è esplicito. Grazie alla risoluzione laterale nanometrica e la sua capacità di rilevare i campi magnetici deboli, la tecnica MFM rappresenta uno strumento ad elevato potenziale per la caratterizzazione delle proprietà magnetiche di singole nanoparticelle, insieme alle loro dimensioni. Tuttavia, un metodo per estrarre informazioni quantitative sulle caratteristiche magnetiche di singole nanoparticelle attraverso la tecnica MFM non è stato individuato, soprattutto a causa della complessità delle interazioni punta-campione che interessano le misurazioni e che possono dare luogo anche a contributi non magnetici (ad esempio interazioni elettrostatiche), e alla mancanza di un modello teorico in grado di descrivere le interazioni magnetiche punta-NP in modo coerente con i dati sperimentali rilevati. Al fine di individuare e superare i limiti della tecnica MFM che ne limitano l’utilizzo come strumento nanometrologico magnetico, la strategia proposta e seguita in questo progetto di dottorato è organizzata nelle seguenti 4 fasi: 1) la verifica teorica e sperimentale e la razionalizzazione delle problematiche che limitano l'applicabilità della tecnica MFM alla caratterizzazione magnetica quantitativa di singole NP; in questa fase la presenza di artefatti elettrostatici è stato individuata come il principale limite responsabile per la riscontrata l'inconsistenza tra i dati sperimentali e modelli teorici che descrivono le interazioni tip-NP. 2) lo sviluppo di un apparato strumentale e una procedura miosura per la valutazione ed eliminazione dei contributi elettrostaticie non magnetici che influiscono quantitativamente sui dati MFM; 3) l'individuazione di un modello teorico che descrive l'interazione magnetica punta-NP coerentemente con i dati sperimentali, e in grado di stabilire una relazione precisa tra i dati misurati e i parametri fisici che si desiderano misurare (magnetizzazione nel caso specifico); 4) lo sviluppo di un procedimento per misurare quantitativamente le proprietà magnetiche, ed eventualmente altri parametri, di singole nanoparticelle tramite MFM. I risultati ottenuti con le procedure e le metodologie presentate in questa tesi hanno dimostrato la possibilità di effettuare misure magnetiche quantitative su singole NP magnetiche facendo uso della piattaforma tecnologica MFM.

Les catalyseurs chimiques sont utilisés dans différents procédés de synthèse. Cependant, la pollution qu'ils causent sur l'environnement n’est pas prise en considération. Les procédés de synthèse chimique nécessitent généralement un grand volume de solvants organiques, produisant d’énormes quantités de déchets chimiques, souvent toxiques et non dégradables. Le remplacement des catalyseurs chimiques par des biocatalyseurs (enzymes) pourrait donc bénéficier de leur nature écologique et de leur grande sélectivité envers les produits désirés. Néanmoins, la faible activité et stabilité des enzymes ainsi que leurs coûts élevés sont des obstacles majeurs au développement des systèmes enzymatiques. Par conséquent, des études axées sur le développement de systèmes biocatalytiques plus actifs, stables et rentables, pouvant ouvrir les portes vers un environnement plus vert, sont très souhaitables. Parmi les enzymes qui catalysent des réactions d’importance dans de nombreux procédés de synthèse, le cytochrome P450 BM3 issu de Bacillus megaterium fait l'objet de cette thèse. L'enzyme est capable d’hydroxyler les liaisons C–H des acides gras (C₁₂-C₂) à température ambiante et pH physiologique. Pour cette réaction, BM3 n'a besoin que d’oxygène et de deux électrons habituellement obtenus de son cofacteur naturel, le NADPH. Cependant, pour engager cette enzyme dans les réactions d'hydroxylation, quelques obstacles importants doivent être surmontés : (i) le cofacteur coûteux (NADPH), devrait être remplacé par une source d'électrons moins chère ou régénérée, (ii) la stabilité enzymatique devrait être améliorée et (iii) l'enzyme devrait être facilement récupérable du milieu de réaction pour être réutilisée. Dans ce contexte, cette étude propose pour la première fois l'immobilisation d'un BM3 sur des nanoparticules magnétiques (NMP) d’oxyde de fer. Ce système enzymatique bénéficie (i) de la préférence de l'enzyme pour les cofacteurs NADH et BNAH (moins chers que le NADPH), (ii) de la réutilisation facile du biocatalyseur et (iii) d’une stabilité significative de l’enzyme lors du stockage. Les NMP synthétisées ont été fonctionnalisées pour permettre l’immobilisation de l'enzyme par adsorption ou liaison covalente. Par conséquent, les BM3-NMP adsorbées / réticulées ou liées de façon covalente ont été obtenues en immobilisant P450 BM3 (R966D / W1046S) sur Ni²⁺-PMIDA-NMP ou sur des NMP activés par glutaraldéhyde, respectivement. / L'activité de l’enzyme immobilisée a été comparée avec celle de l’enzyme libre dans la réaction d'hydroxylation du 10-pNCA comme substrat modèle. L'acide myristique a également été utilisé comme substrat modèle pour confirmer la capacité d’hydroxylation sélective de l’enzyme sur les atomes de carbone ω-1, -2 ou -3. Pour les mêmes conditions opératoires, le BM3 adsorbé / réticulé a montré plus de 85% de l'activité de l’enzyme libre, alors que pour les BM3-NMP liées de manière covalente cela représente 60%. La séparation facile des NMP du milieu réactionnel à l’aide d’un aimant a permis de réutiliser le système enzymatique cinq fois consécutives. Après 5 cycles de réaction, l'enzyme réticulée a conservé 100% de son activité initiale. Compte tenu que le recyclage de l’enzyme libre n’est pas faisable, ce résultat est d’une importance considérable dans les applications pratiques. De plus, la stabilité de l’enzyme pendant un mois de stockage à 4 ºC a été évaluée pour chaque système de BM3. Les résultats ont montré que l’enzyme libre n’était plus active après seulement une semaine de stockage dans ces conditions. L'enzyme réticulée n'a montré qu'une activité relative de 41% après un mois de stockage, mais pour le BM3 fixée de façon covalente, la valeur correspondante a été de 80%. La cinétique de l'hydroxylation du 10-pNCA en présence de l’enzyme libre ou immobilisée a été également étudiée. Sur la base des données expérimentales, un modèle de Hill (coefficient de Hill égal à 2) a été obtenu pour l'enzyme libre. Il a été démontré que les mêmes paramètres cinétiques sont capables de prédire le comportement du système BM3-adsorbé et BM3-réticulé dans la réaction d’hydroxylation, étant donné sa similarité avec celui de l’enzyme libre. En conclusion, les résultats de cette thèse ont montré qu'un système enzymatique actif, stable et rentable peut être obtenu en immobilisant le BM3 sur des NMP fonctionnalisées. Il bénéficie autant des avantages de l'enzyme que du support. Ainsi, l'immobilisation sur des NMP d’une enzyme spécialement conçue pour remplacer le couteux NADPH par des cofacteurs moins chers mais efficaces (NADH et BNAH) offre en même temps une amélioration significative de sa stabilité et facilite son recyclage. / MNPs have been synthesized and surface functionalized to attach the enzyme via two different methods, adsorption and covalent binding. Moreover, glutaraldehyde was used to treat the adsorbed enzyme molecules on MNPs (crosslinking-adsorption). Therefore, adsorbed, crosslinked-adsorbed, or covalently bound BM3-MNPs were obtained by immobilizing P450 BM3 on synthesized Ni²⁺-functionalized MNPs or glutaraldehyde pre-activated MNPs, respectively. The immobilized enzyme activity was compared to its free counterpart in hydroxylation reaction of 10-pNCA (10-(4-Nitrophenoxy) decanoic acid) as a substrate model. Myristic acid was also used as a substrate model to confirm the enzyme selective hydroxylation at ω-1, -2, or -3 carbon positions. The effect of cofactor (NADH and its analogue, BNAH) on the enzyme activity was also investigated. The adsorbed/crosslinked-adsorbed BM3 showed more than 85% of the free enzyme activity while the covalently bound BM3-MNPs presented 60% of the free enzyme activity under the same reaction conditions. An important feature of BM3-MNPs system is the possibility of recycling the biocatalyst. Facile separation of the magnetic nanoparticles from the reaction medium by applying a magnet provided the opportunity of reusing the enzymatic system for five times. After 5 cycles of reaction, the crosslinked-adsorbed enzyme retained 100% of its initial activity. Although the covalently bound enzyme showed, only half of the crosslinked-adsorbed enzyme activity, its storage stability was more significant. Taking into account that the enzyme reuse is an essential concern in many large-scale applications and the free BM3 cannot be recovered and reused, this result is noteworthy. Storage stability tests revealed that the free enzyme became inactive after one-week while the crosslinked-adsorbed enzyme and the covalently attached BM3 on MNPs showed 41% and 80% relative activity after one month, respectively. Finally, the steady-state kinetics of 10-pNCA hydroxylation by free and immobilized BM3 was investigated. Based on the experimental data, a non-Michaelis-Menten, Hill model (Hill coefficient of 2) was obtained for the free enzyme which could also predict the adsorbed and crosslinked-adsorbed BM3-MNPs system performance. This sigmoidal behavior was found to be independent of enzyme concentration and type of cofactor. However, since the enzyme activity was only 60% of the free enzyme for covalently bound BM3, further studies are necessary for a better understanding of this system. In summary, the results of this thesis show that an active, stable, and cost-effective BM3-MNPs system can be obtained by immobilizing an engineered BM3 on functionalized MNPs. Such systems benefit from the advantages of both enzyme and support. An engineered enzyme can fulfill the desired targets including the replacement of costly NADPH by less-expensive, yet effective cofactors namely NADH and BNAH. Furthermore, immobilization of this enzyme on MNPs improves its stability and facilitates the recycling process. / Chemical catalysts are used in different synthetic processes from lab to industrial scales. High reaction yields usually achieved by this type of processes favor their application in many industries without considering the pollution they cause to the environment. Chemical synthesis processes usually require a high volume of organic solvents and produce tons of chemical wastes which are often toxic and not degradable. Replacing conventional catalysts by biocatalysts (enzymes) can benefit from their environmentally friendly nature and high selectivity toward the desired products. Although the advantages of biocatalysts over chemical catalysts have been proven, the application of enzymes in an industrial level is still not considerable. The enzyme low activity, stability, and high cost are the main concerns in developing large-scale enzymatic systems. Therefore, in the context of a greener environment, studies focusing on the development of more active, stable, and cost-effective enzymatic systems are in great demand. Among several enzymes that can catalyze essential synthesis reactions, cytochrome P450 BM3 from Bacillus megaterium is the subject of this thesis. This enzyme hydroxylates the saturated and unsaturated C–H bonds of medium to long chain fatty acids at room temperature and physiological pH. For this reaction, BM3 only needs molecular oxygen and two electrons usually obtained from its natural cofactor, NADPH. However, to engage this enzyme in hydroxylation reactions, some important obstacles should be overcome: (i) the costly cofactor (NADPH) should be replaced by a cheaper source of electrons or regenerated, (ii) the enzyme stability should be improved, and (iii) the enzyme should be easily recovered from the reaction medium to be reused. In this context, this study proposes for the first time the immobilization of an optimized BM3 mutant on functionalized iron oxide magnetic nanoparticles (MNPs). This enzymatic system benefits from (i) the enzyme preference towards cofactors like the reasonably priced NADH and the very cheap BNAH, (ii) facile recovery and reuse of the biocatalyst (enzyme-MNPs), and (iii) the enzyme significant storage stability.

Ce travail de thèse s’inscrit dans un projet plus large qui vise à développer avec le laboratoire Ampère et l’Etablissement Français du Sang un microsystème capable de réaliser un phénotypage plaquettaire pour le diagnostic de la thrombopénie néonatale. Ce microsystème doit permettre d’isoler les plaquettes du sang total et de détecter les antigènes plaquettaires présents à leur surface. L’isolation des plaquettes se fera grâce à un module de magnétophorèse et un module de diélectrophorèse. La détection sera électrochimique. Le cœur de ce travail de thèse a donc consisté à développer des nanoparticules magnétiques pour le module de magnétophorèse. Ces nanoparticules doivent permettre la capture spécifique des plaquettes et servir de marqueur pour la détection électrochimique. Pour ce faire, des nanoparticules magnétiques ont donc été doublement fonctionnalisées en une seule étape avec un anticorps anti-CD32 dirigé contre l’antigène CD32 présent à la surface des plaquettes et avec une molécule électroactive. Après optimisation des différents paramètres de greffage, les propriétés électrochimiques de ces particules ont été caractérisées. Leurs propriétés de bioreconnaissance ont été testées sur l’antigène purifié puis sur plaquettes entières. Enfin la faisabilité de la manipulation des structures nanoparticules/plaquettes par magnétophorèse avec des micro-aimants a été démontrée. / Fetal/neonatal alloimmune thrombocytopenia (F/NAIT) represents a great threat to new-borns or fetus. It occurs when a woman becomes alloimmunized against fetal platelet antigens. With the aim to improve fetal and neonatal survival, in collaboration with Ampere Laboratory and Etablissement Français du Sang, we plan at developing a Point-of-Care (POC) platform for platelet phenotyping. The final POC microsystem will be able to perform magnetophoresis and dielectrophoresis for platelets isolation from whole blood, and their selective electrochemical detection allowing for their phenotyping. The development of nanoparticles (NPs) with magnetic, electrochemical and bio-selection properties is a key issue. Herein, we have focused on the elaboration of magnetic NPs bearing 1) anti-CD32 antibody for specific interaction with CD32 antigen, which is present at the surface of platelets and 2) ferrocene carboxylic acid, an electroactive molecule for detection. To achieve this, the coupling reactions of this electroactive molecule and this antibody were optimized and a one-pot reaction for double functionalization was developed. The bioactivity of the immobilized antibody was tested at the molecular and cellular level. The dual-functionalized NPs voltammetric signals were also investigated. Finally the feasibility of platelets capture and actuation by magnetophoresis with micro-magnet array were demonstrated.

Les nanoparticules d'alliage FePt, obtenues dans la phase chimiquement ordonnée L10, présentent un fort intérêt pour la réalisation de média magnétiques à très haute densité de stockage (>1 Tb/in2). Cette thèse concerne l'étude des propriétés structurales et magnétiques de telles nanoparticules synthétisées par voie chimique. L'étude détaillée, structurale et magnétique, de particules de FePt (3-4 nm) met en évidence une structure hétérogène en composition : un coeur riche en Pt (Fe30Pt70) et une surface riche en Fe. Cette structure, obtenue pour plusieurs protocoles de synthèse étudiés, est liée à l'influence des ligands (amine et acide oléiques) sur les vitesses d'incorporation du Fe et du Pt. À partir de cette observation, nous avons mis en oeuvre un nouveau ligand en remplacement de l'amine, le pentadécanenitrile. Nous avons ainsi obtenu des particules de composition plus homogène, et également aptes à l'auto-organisation sur des substrats. Les méthodes de synthèse chimique donnent des particules dans la phase chimiquement désordonnée et des recuits à haute température sont nécessaires pour obtenir la phase L10. Malgré, la présence d'une structure coeur-coquille, la phase L10 est obtenue après un recuit sous vide à 650°C, indiquant que le fer de surface est disponible. Ces recuits s'accompagnent systématiquement d'une forte coalescence des particules. Nous avons donc étudié une voie alternative pour obtenir la phase L10 à des températures modérées : l'irradiation par des ions He+. Les premiers résultats, encourageants, indiquent une homogénéisation de la composition après irradiation des particules à température modérée, ainsi qu'un accroissement de leur aimantation.

Les colloïdes utilisés sont des suspensions de nanoparticules magnétiques (nanocristaux d'oxyde de fer de 10 nm) chargées négativement en surface, qui s'adsorbent de façon aspécifique sur la membrane de la plupart des types cellulaires, où elles sont spontanément internalisées dans des vésicules intracellulaires. Les nouvelles propriétés magnétiques de cellules thérapeutiques ainsi marquées et implantées au sein de l'organisme permettent leur suivi in vivo de manière non-invasive par IRM. Nous avons ainsi pu suivre des cellules musculaires lisses dans un modèle d'anévrisme et des explants musculaires dans un modèle d'incontinence urinaire. Dans chaque cas, l'évolution des propriétés de contraste des cellules marquées au cours du temps a été étudiée in vitro et in vivo. Ce marquage magnétique nous a aussi permis de soumettre les cellules à des forces magnétiques et analyser leur influence sur la migration cellulaire in vitro et la faisabilité d'un guidage magnétique in vivo.

Contexte: La cardiopathie ischémique (IHD) reste une cause majeure de mortalité en Amérique du Nord. La thérapie cellulaire cardiaque (CCT) a émergé comme une thérapie prometteuse pour aider à guérir certaines malades cardiaques. Parmi les cellulaires avec propriétés pluripotentes, les cellules stromales mésenchymateuses (MSC) sont prometteuses. Cependant, plusieurs questions demeurent non résolues et certaines défis empêchent l'application clinique de la CCT se dans l'IHD, tels que le faible taux de rétention cellulaire in situ, le suivi des cellules in vivo post-implantation et post-acheminements et l`apoptose. Ici, le traitement préliminaire des MSC avec des facteurs de croissance et leur couplage avec des nanoparticules (NP) seront étudiés comme des méthodes pour optimiser MSC. Méthodes: Des MSCs provenant du rat (rMSC) et du cochon (pMSC) ont été isolés à partir de moelle osseuse. Les rMSC ont été préconditionnées avec SDF-1a, TSG-6 et PDGF-BB, et ensuite soumises à une hypoxie, une privation de sérum et a un stress oxydatif. Des études de cicatrisation ont également été effectués avec rMSCs préconditionnées. En parallèle, de nouvelles NP ferromagnétiques liées aux silicones ont été synthétisées. Les NPs ont été couplées aux pMSCs suivant leur fonctionnalisation avec l`anticorps, CD44, un antigène de surface du MSC bien connu. Par la suite, les études de biocompatibilité ont été réalisées sur pMSC-NP et en incluant des tests des processus cellulaires tels que la migration, l'adhésion, la prolifération et les propriétés de la différenciation. Résultats: Parmi toutes les cytokines testées, PDGF-BB a démontré la plus grande capacité à améliorer la survie de MSC dans des conditions d'hypoxie, de privation de sérum et en reponse au stress oxydatif. La conjugaison de NP a atténué la migration et la prolifération des pMSCs, mais n`a pas changé leur capacité de différenciation. Enfin, la complexe du MSC-NP est détectable par IRM. Conclusion: Nos données suggèrent que de nouvelles stratégies, telles que traitement préliminaire de PDGF-BB et le couplage des nanoparticules ferromagnétiques, peuvent être considérés comme des avenues prometteuse pour optimiser les MSCs pour la CCT. / Background: Ischemic heart disease (IHD) remains a leading cause of mortality in North America. Cardiac cell therapy (CCT) has emerged as a promising therapy to help heal the damaged heart. Among the various candidates for stem-progenitor cells, Mesenchymal Multipotential Stromal/Stem Cells (MSC) is of great promise. However, there remain unresolved issues and challenges that prevent clinical application of MSC-based CCT in IHD. Among the latter, low cellular retention rate, in vivo cell tracking and post-delivery apoptosis. Here in, growth factor preconditioning and MSC coupling to nanoparticles are investigated as methods to optimize MSC. Methods：Lewis Rat MSC (rMSC) and pig MSC (pMSC) were isolated from bone marrow. Rat MSCs were preconditioned with SDF-1a, TSG-6 and PDGF-BB, and then subjected to hypoxia, serum deprivation and oxidative stress. Wound healing assays were also done with preconditioned rat MSCs. In parallel, novel ferromagnetic silicone core-shell nanoparticles (NP) were synthesized. Pig MSCs were coupled to NPs following functionalization of the NPs with an antibody to a well-recognized MSC surface antigen, CD44. Subsequently, biocompatibility studies were performed on the pMSC-NP complex and included testing of key cellular processes such as migration, adhesion, proliferation and differentiation properties. Results: Of all cytokines used, PDGF-BB showed greatest capacity to improve MSC survival under conditions of hypoxia, serum deprivation and oxidative stress. NP conjugation has mitigated effect on the migration and proliferation of pig MSC, but do not change the differentiation capacity of MSC. Finally, the MSC-NP complex was detectable by MRI. Conclusion: Our data suggest that novel strategies, such as PDGF-BB preconditioning and ferromagnetic nanoparticle coupling, can be considered as promising avenues to optimize MSCs for CCT.

Nous avons étudié la stabilisation de microbulles d’air par les tensioactifs semi-fluorés CF3(CF2)n-1(CH2)mOP(O)(OH)2 (FnHmPhos, où n = 8, 10, m = 2) et des nanoparticules magnétiques d’oxyde de fer et de ferrite de cobalt. Ces nouveaux objets combinant propriétés acoustiques et magnétiques pourraient servir d’agent de contraste à la fois en échographie et en imagerie IRM. Nous avons étudié des propriétés physico-chimiques des tensioactifs en solution et à l’interface aireau. Nous avons montré par tensiométrie dynamique et par des études de films de Langmuir que les tensioactifs F8H2Phos et F10H2Phos forment des monocouches dont le module élastique est très élevé, ce qui favorise la stabilisation de bulles de petite taille ainsi que de bulles non-sphériques. Nous avons proposé une approche de dégonflement/gonflement contrôlé en faisant varier la pression dans la bulle par la température et nous avons étudié le froissement de la paroi des bulles pendant le dégonflement. Des microbulles portant des nanoparticules ont été obtenues dans une suspension des nanoparticules d’oxyde de fer ou de ferrite de cobalt en présence de F8H2Phos ou F10H2Phos, en déstabilisant la suspension par NaCl, ce qui permet de diminuer la barrière électrostatique entre les nanoparticules et la surface des bulles et de favoriser l’adsorption. Les microbulles obtenues sont stables pendant plus d’une semaine grâce à la paroi rigide des nanoparticules. / The stabilization of air microbubbles by semi-fluorinated surfactants CF3(CF2)n-1(CH2)mOP(O)(OH)2 (FnHmPhos, where n = 8, 10, m = 2) and iron oxide nanoparticles was studied in order to design novel microbubbles that possess both acoustical and magnetic properties. Such microbubbles have potential applications as dual constrast agents by enhancing the signals from both ultrasonography and MRI imaging. We have studied physic-chemical properties of the surfactants in solution and at water-air interface. We have demonstrated by dynamic tensiometry and studies of Langmuir monolayers that F8H2Phos and F10H2Phos form highly elastic interfacial films that are favorable for long-term stabilization of small bubbles and bubbles of non-spherical shape. We designed an approach of temperature-controlled pumping/shrinking of the microbubbles and demonstrated the correlation of the collapse structures of the bubble shell with microbubble stability. The stabilization of microbubbles by iron oxide or cobalt ferrite nanoparticles was achieved by destabilizing the nanoparticle suspension in the presence of F8H2Phos or F10H2Phos. Under these conditions the nanoparticles were adsorbed onto the surface of the microbubbles forming a rigid shell which enhanced their stability and lengthened their lifetime to greater than one week.

Les thérapies ciblées constituent une révolution médicale dans le traitement du cancer. Dans ce contexte, le pseudopeptide multivalent N6L, qui cible spécifiquement les cellules tumorales et induit leur mort, apparaît comme une molécule prometteuse. Le N6L cible en effet deux nucléoprotéines surexprimées à la surface des cellules cancéreuses qui sont la nucléoline et la nucléophosmine. L'étude du mécanisme d'action anti-métastatique du N6L, dans lequel l'implication du TIMP-3 a été soulignée, a permis d'identifier une nouvelle cible : les glycosaminoglycanes sulfatés (GAG).Dans le but de développer une approche multimodale pour le diagnostic et le traitement du cancer du sein, le N6L a été greffé à la surface de nanoparticules magnétiques (NPM-N6L). La propriété de ciblage tumorale des NPM-N6L a été démontrée in vitro et in vivo. Leur cible tumorale majeure fut les GAG.Par ailleurs, l'activité anti-tumorale du N6L dans le traitement du cancer de la prostate à différents stades de la maladie a été démontrée in vitro et in vivo. La cible tumorale mise en jeu fut la nucléophosmine. En outre, ce potentiel anti-tumoral implique une diminution de l'activité du récepteur aux androgènes et probablement une voie de signalisation impliquant une interaction entre la nucléophosmine phosphorylée et le récepteur aux androgènes. / Targeted therapies constitute a revolution in the medical treatment of cancer. In this context, the multivalent pseudopeptide N6L that specifically target tumor cells and induces their death seems a promising molecule. The N6L targets two nucleoproteins that are overexpressed on the surface of cancer cells: nucleolin and nucleophosmin. The study of the N6L anti-metastatic mechanism of action in which TIMP-3 was involved, has identified a new target: sulfated glycosaminoglycans (GAG).In order to develop a multimodal approach for diagnosis and treatment of breast cancer, the N6L was grafted to the surface of magnetic nanoparticles (MNP-N6L). Tumor targeting properties of MNP-N6L was demonstrated in vitro and in vivo. Their major tumor target was GAG.Furthermore, the N6L anti-tumor activity in the treatment of prostate cancer at different stages of the disease was demonstrated in vitro and in vivo. The target involved in this activity was nucleophosmin. Furthermore, this anti-tumor potential implies a decrease in the activity of the androgen receptor and probably a signaling pathway involving an interaction between phosphorylated nucleophosmin and the androgen receptor.