L’augmentation de la pression intraoculaire (PIO) constitue un important facteur de risque dans l’apparition d’un glaucome, car elle est susceptible d’endommager de manière irréversible le nerf optique et de mener à une perte de la vision. Cependant, les médicaments actuellement utilisés pour réduire la PIO pénètrent difficilement dans l’oeil jusqu’à leur site d’action. En effet, plusieurs barrières physiologiques empêchent les corps étrangers d’y accéder. Il s’avère donc nécessaire de développer un système de relargage permettant d’améliorer la médication contre le glaucome. L’hypothèse de ce projet est basée sur l’utilisation des nanoparticules d’or (AuNP) en tant que vecteurs de médicaments, ainsi que sur leur propriété de liaison aux protéines du film pré-cornéen afin d’augmenter la biodisponibilité et l’efficacité des médicaments contre le glaucome. La synthèse et la purification d’AuNP stabilisées par différents groupements polyéthylène glycol (PEG) ont été mises au point et optimisées. L’étude de l’encapsulation du travoprost, molécule fortement hydrophobe utilisée actuellement pour traiter le glaucome, a été réalisée par spectroscopie UV-visible (UV-vis) et diffusion dynamique de la lumière (DLS). Les propriétés mucoadhésives des AuNP ont été étudiées notamment par UV-vis, spectrofluorimétrie, ainsi que par une méthode de quantification colorimétrique. Le PEG constitue un environnement favorable permettant d’encapsuler le travoprost, alors que les mucines sont en mesure de se lier efficacement aux AuNP jusqu’à leur coeur métallique. Les AuNP stabilisées par du PEG monothiol de 2000 g/mol (PEG 2000-SH) sont plus mucoadhésives que celles stabilisées par un mélange de PEG 2000-SH et de PEG 1000 double thiol. Ces travaux répondent à une problématique actuelle qui est la faible biodisponibilité des médicaments contre le glaucome administrés par voie topique. À terme, si les propriétés mucoadhésives des AuNP se confirment, cette stratégie pourrait être utilisée pour des médicaments visant d’autres muqueuses (respiratoires, sexuelles, digestives ou bu / An increased intraocular pressure (IOP) is an important risk factor in the development of glaucoma because it can irreversibly damage the optic nerve, eventually resulting in vision loss. However, IOP-reducing drugs which are topically administrated do not permeate easily into the eye to reach their site of action. Indeed, many physiological barriers prevent the entrance of foreign bodies. It is thus necessary to develop a new drug release system in order to improve glaucoma medication. The hypothesis of this project is based on the use of gold nanoparticles (AuNP) as drug vectors and their properties to bind tear film proteins in order to increase the bioavailability and efficiency of IOP-reducing drugs used to treat glaucoma. The synthesis and purification of AuNP stabilized by different polyethylene glycol (PEG) groups were developed and optimized. The study of the encapsulation of travoprost, a highly hydrophobic drug currently used to treat glaucoma, was performed using UV-visible spectroscopy (UV-vis) and dynamic light scattering. The mucoadhesive properties of AuNP were assessed, in particular by UV-vis, spectrofluorimetry and by a colorimetric quantification method. Depending on the type of AuNP, mucins are able to efficiently interact with their metallic core or their surface. Moreover, the PEG groups coating the nanoparticles constitute a favorable environment for the travoprost, allowing the AuNP to encapsulate several molecules. AuNP stabilized by thiolated PEG having a molar weight of 2000 g/mol (PEG 2000-SH) are more efficient than AuNP stabilized by PEG 2000-SH plus dithiol PEG 1000 (AuNP double thiol). This research project proposes solutions countering the low bioavailability of topically-administered antiglaucoma drugs. Eventually, this strategy could be used to deliver other classes of drugs to other mucosal targets, such as respiratory, sexual, digestive or buccal ones.

L’application des connaissances scientifiques fondamentales ainsi que les récents progrès technologiques en nanoscience ont permis l’émergence d’une nouvelle discipline dans les sciences médicales dénommée la nanomédecine. Cette discipline consiste à développer des objets, dénommés nanoparticules, dont le registre de taille est de l’ordre de 100 nanomètres et qui visent à améliorer l’efficacité des molécules pharmacologiquement actives en altérant favorablement leur pharmacocinétique. Le développement rationnel des nanomédicaments passe par une série d’étapes où les interactions des nanomédicaments avec l’organisme vivant sont caractérisées. Cette caractérisation nécessite, comme condition préalable, d’être apte à extraire les nanoparticules à partir de matrices biologiques complexes après leur administration in vivo. Dans ce travail de maîtrise, nous proposons une méthodologie alternative aux techniques d’extraction couramment utilisées. Celle-ci est basée sur l’immunoprécipitation par l’utilisation d’anticorps dirigés contre le polyéthylène glycol (PEG), le PEG étant un polymère hydrophile fréquemment utilisé dans la fabrication de nanomédicaments. La méthodologie est validée par l’exploitation de trois types de colloïdes PEGylés : les nanoparticules polymériques, les liposomes, ainsi que les protéines conjuguées. Nous proposons une caractérisation du processus d’extraction et démontrons son applicabilité pour l’extraction de nanoparticules PEGylées, à partir de solutions simples ainsi qu’à partir du plasma in vitro et après administration in vivo. Par ailleurs, nous proposons une application de cette méthode d’extraction en complément aux expérimentations de pharmacocinétique, où l’extraction des nanoparticules à partir du sang permet de déterminer la variation de taille de ces dernières in vivo. Nous pensons que cette méthodologie sera utile pour permettre une meilleure compréhension des interactions entre les nanoparticules et les organismes vivants et aidera par conséquent dans le développement des nanomédicaments. / The application of fundamental science as well as the recent technological progress in nanoscience allowed for the emergence of a new field within the medical sciences, named nanomedicine. This discipline consists in the development of objects, with a size in the 100 nm range, called nanoparticles, which aims to favorably alter the pharmacokinetics of pharmacologically actives molecules. Rational development of nanomedicines requires a series of experimental steps during which the interactions of nanoparticles with living organisms are characterized. A requirement for this characterization is the ability to extract nanoparticles from complex biological media following their administration in vivo. In this master’s program work, we propose immunoprecipitation by using antibodies directed against polyethylene glycol (PEG) as an alternative methodology for nanoparticles extraction. PEG is a hydrophilic polymer often utilized for the fabrication of nanomedicines. Herein, we validate the methodology using three types of nanoparticles: polymeric, liposomes, and conjugated proteins. We provide a characterization of the extraction process and demonstrate its applicability for the extraction of PEGylated nanoparticles from simple solutions as well as from plasma in vitro and after in vivo administration. Furthermore, we provide a methodology utilizing the novel extraction technique for the determination of changes in nanoparticles size distribution during pharmacokinetics studies. We believe this methodology will help to better understand the interactions of nanoparticles with living organisms and facilitate the development of more efficient nanoparticles.

La surface externe du virus de la mosaïque de la papaye (PapMV) a été caractérisée par deux approches différentes : biochimique et immunologique. Sept régions ont été identifiées. Trois régions de surface (les extrémités N- et C-terminales, ainsi que la région 117 à 136) peuvent être considérées comme étant dominantes puisqu’elles ont été ciblées par les deux approches. Les régions 141-152, 173-184, 189-200 et 205-215 ont été révélées par l’approche immunologique seulement. De plus, un criblage de l’épitope HA11 du virus de l’Influenza à plusieurs sites a permis de valider le potentiel du PapMV à présenter des épitopes en surface. Les extrémités N- et C-terminales et la position 187 supportent l’insertion du peptide HA11 à la surface. Seulement la fusion à l’extrémité N-terminal en position 12 donne des particules stables à température corporelle des animaux et permettent de lever une réponse immunitaire contre le peptide HA11. Donc, la stabilité des nanoparticules est essentielle à l’obtention d’une bonne réponse immunitaire. / Surface-exposed regions of Papaya Mosaic Virus (PapMV) were evaluated by two different methods: immunoblot assay and chemical modifications followed by mass spectrometry. Three regions were targeted by both techniques: the N- and C-termini and region 125-136. These regions are therefore considered to be major surface epitopes. Four other regions were only detected by the immunological technique: regions 117-128, 141-152, 173-184 and 189-200. Sites of fusion using the Influenza virus HA11 peptide were evaluated on the PapMV vaccine platform. Fusions of HA11 at three functional sites located after amino acids 12 and 187 and at the C-terminus led to the production of PapMV particles. It was successfully demonstrated that the HA11 epitope was located at the surface of the particles. The stability and immunogenicity of the nanoparticles were evaluated, and a direct correlation was established between the stability of the particles and their ability to trigger an efficient immune response against HA11.

Les nanostructures plasmoniques sont à l’origine de nombreuses avancées technologiques aussi bien en recherche analytique ou biomédicale que dans la production et le stockage d’énergie. L’intérêt pour cette nanotechnologie est motivé par l'adaptabilité des propriétés optiques et électroniques réalisable en manipulant la composition et la structure des particules métalliques. Contrairement aux matériaux macroscopiques, un minuscule changement de taille ou de morphologie peut entraîner un important changement dans la réponse optique des particules. Puisque l’efficacité des nanostructures pour le développement d’applications dépend fortement de leurs propriétés plasmoniques, un fin contrôle sur celles-ci est crucial. À cet effet, les nanoparticules creuses présentent un intérêt particulier en raison de la possibilité de moduler leur résonance plasmon de surface localisée (LSPR) par la manipulation du rapport de dimension entre la cavité et la coquille. L’approche la plus directe pour la synthèse de ce type d’architectures est la réaction de remplacement galvanique, dont la première étape est de préparer des nanoparticules de géométrie désirée qui serviront de gabarit sacrificiel, pour ensuite les oxyder avec un métal de potentiel de réduction plus élevé afin de produire une coquille creuse qui suivra la forme du gabarit. Cette approche de synthèse nécessite une maitrise de la cinétique de réaction typiquement obtenue en contrôlant le débit d’incorporation du réactif, par l’ajustement de la température du milieu réactionnel et/ou l’ajout d’un co-réducteur. Cette thèse décrit comment l'efficacité du remplacement galvanique peut être améliorée en contrôlant le degré d'hydratation et d'hydrolyse du précurseur d'ions métalliques (c.-à-d. leur spéciation) en utilisant le pH ou la concentration de ligand comme paramètres de contrôle. Dans ce travail, nous avons démontré que les espèces Au3+ hautement chlorées de forme AuCl4-q(OH)- q remplacent agressivement les nanoparticules Ag et conduisent à des structures brisées alors que les espèces fortement hydrolysées sont inactives en raison de leur potentiel de réduction plus faible à celui de l’argent. Toutefois, en utilisant des ions métalliques partiellement hydrolysés, nous avons pu obtenir des nanostructures creuses avec des parois lisses ou rugueuses. Par ailleurs, les propriétés optiques des nanoparticules creuses Ag-Au telles que les énergies de résonance plasmon et l'intensité des bandes d’extinction et de diffusion ont été analysées. Deux paramètres-clé pour modifier les propriétés optiques ont été étudiées, à savoir, la stœchiométrie atomique des métaux et la taille de la matrice sacrificielle utilisée. Nous avons démontré que la combinaison des deux approches offre de nombreuses possibilités pour le réglage des résonances plasmon. Finalement cette étude a été étendue à d’autres ions métalliques, tels que PdCl2-4- et PtCl2-4- , pour la formation de nanoparticules creuses Ag-Pd et Ag-Pt. / Plasmonic nanostructures are at the origin of many technological advances in analytical or biomedical sciences as well as for the production and storage of energy. The interest for this nanotechnology is motivated by the adaptability of optical and electronic properties achievable by manipulating the composition and structure of the particles. Unlike macroscopic materials, a tiny change in the size or morphology may result in a significant change in the optical response of particles. Since the efficiency of nanostructures for application development strongly depends on their plasmonic properties, a fine control over them is crucial. For this purpose, hollow nanoparticles are of interest because of their highly tunable localized surface plasmon resonance (LSPR) made possible by manipulating the dimension ratio between the cavity and the shell. The most direct approach for synthesizing this type of architecture is the galvanic replacement reaction, where nanoparticles of the desired geometry are first prepared as a sacrificial template and then oxidized with a metal ion of higher reduction potential producing a hollow shell which conforms to the shape of the template. This synthesis approach requires excellent control over reaction kinetics typically obtained by adjusting the rate of incorporation of the reagent, the temperature of the reaction medium, and/or by the addition of a co-reducer. This thesis describes how the efficiency of galvanic replacement can be improved by controlling the degree of hydration and hydrolysis of the metal ion precursor (i.e., the metal ion speciation) using pH or ligand concentration as control parameters. In this work, we have demonstrated that highly chlorinated Au3+ species in the forms of AuCl4-q(OH)- aggressively replace Ag nanoparticles and lead to broken structures while highly hydrolyzed species are inactive due to their lower reduction potential than that of the Ag nanoparticles. However, using partially hydrolyzed metal ions, we were able to obtain hollow nanostructures with smooth or rough walls. In addition, the optical properties of Ag-Au hollow nanoparticles such as the plasmon resonance energies and the intensity of the extinction and diffusion bands were analyzed. Two key parameters to modify the optical properties were studied, namely the atomic stoichiometry of the metals and the size of the sacrificial template. We have shown that the combination of the two approaches offers many possibilities for the tuning of plasmon resonances. Finally, this study was extended to other metal ions, such as PdCl2-4 and PtCl2-4 , for the formation of nanoparticles hollow Ag-Pd and Ag-Pt.

L’intérêt porté aux nanomatériaux de carbone est en croissance en raison de leur potentiel pour une variété d’applications. Le réseau d’atomes de carbone hybridés sp², commun à tous les matériaux de cette famille, engendre d’excellentes propriétés électroniques et optiques modulées par la forme, la taille et la dimensionnalité du réseau carboné. Parmi ces nanomatériaux, les nanoparticules de carbone (CNP) disposent d’un potentiel singulier en raison de leurs propriétés de photoluminescence, leur photostabilité et leur faible toxicité. En conséquence, l’application des CNP en biomédecine, en optoélectronique et en photocatalyse est grandement étudiée. Néanmoins, les méthodes de synthèse et les techniques de séparation actuelles représentent des limitations à leur mise en œuvre. L’usage de température élevée (>100 °C) nuit au contrôle précis de la forme et de la taille des CNP, les rendements réactionnels sont faibles et la surface du matériau est chimiquement inerte. Dans ce projet, l’objectif est d’établir une méthode de synthèse de CNP palliant aux limitations des procédés actuels. Autrement dit, nous tentons de développer une méthode permettant un contrôle précis de la forme et de la taille des particules en évitant l’utilisation de températures élevées. La stratégie est basée sur la polymérisation en dispersion d’unités organiques riches en alcynes, utilisées comme source métastable de carbone. D’une part, la polymérisation de monomères riches en alcynes permet de synthétiser en une étape simple des polyynes qui, en raison de leur instabilité, réagissent spontanément pour produire un matériau composé majoritairement d’atomes de carbone hybridés sp². D’autre part, la polymérisation en dispersion assure un contrôle morphologique des particules durant la synthèse. En plus de l’objectif principal, la fonctionnalisation en surface des particules est envisagée en exploitant la réactivité d’alcynes résiduels de la structure carbonée. Aussi, nous tentons d’échanger le monomère alcynique afin de bonifier les propriétés de photoluminescence des particules issues du procédé. / The interest in carbon nanomaterials is expanding due to their potential for various applications. The network of sp²-hybridized carbon atoms, common to all materials of this family, generates excellent electronic and optical properties which are modulated by the shape, the size and the dimensionality of the carbon network. Among these nanomaterials, carbon nanoparticles (CNP) have a singular potential due to their photoluminescence properties, their photostability and their low toxicity. Accordingly, the application of CNP in biomedicine, optoelectronics and photocatalysis is greatly studied. However, the current synthetic methods and separation techniques represent limitations to their implementation. The use of high temperatures (>100 °C) hinders the precise control over shape and size of the CNP, the synthetic yields are low and the materials’ surface is chemically inert. In this project, the objective is to establish a route for CNP synthesis which surpasses the limitations of the current preparation methods. In other words, we are trying to develop a method allowing a precise control of the particles’ shape and size, while avoiding the use of high temperatures. The strategy is based on the dispersion polymerization of alkyne-rich organic units, used as a metastable carbon source. On one hand, the polymerization of alkyne-rich monomers allows the one-step synthesis of polyynes which, due to their instability, react spontaneously to produce a material composed mainly of sp²-hybridized carbon atoms. On the other hand, dispersion polymerization ensures a morphological control of the particles during their synthesis. Adding to the main objective, surface functionalization of the particles is intended by exploiting the reactivity of residual alkynes in the carbon structure. Also, we try to exchange the alkyne-rich monomer in order to improve the photoluminescence properties of the particles obtained from the developed process.

L’objectif principal de ce projet de doctorat porte sur le développement d’architectures nanostructurées afin d’étudier l’interaction par couplage dipôle dipôle entre des molécules chromophores et des particules colloïdales métalliques. Certains métaux nobles comme l’Au ou l’Ag possèdent d’intéressantes propriétés optiques lorsqu’ils se retrouvent sous la forme de nanoparticules. En effet, l’oscillation collective d’électron de conduction, propriété connue sous le nom de plasmon de surface localisé est responsable des couleurs vives et intenses de ces suspensions colloïdales. Ce plasmon de surface entraîne une forte concentration locale du champ électrique qui a été utilisé afin d’amplifier différentes méthodes spectroscopiques comme la fluorescence. L’exaltation de fluorescence par les métaux ou MEF permet d’améliorer les propriétés intrinsèques de fluorophores moléculaires par l’amplification de l’efficacité d’excitation et d’une diminution de leur temps de vie à l’état excité, résultant globalement en une augmentation de l’intensité de fluorescence. Un typed’architecture permettant d’exploiter cette exaltation MEF sont les nanoparticules hybrides coeur-coquille de type metal@silice. Cependant, qu’arrive-t-il lorsqu’on assemble ces nanoparticules en un assemblage plus complexe comme une chaîne de nanoparticules par exemple ? De nouvelles propriétés plasmoniques peuvent alors être exploitées tel le couplage plasmonique entre les nanoparticuleset la propagation d’un plasmon au sein de la chaîne. L’objectif de ce projet est donc d’étudier les propriétés plasmoniques de chaînes de nanoparticules coeur-coquille avec la fluorescence dans le but d’observer une propagation plasmonique. L’assemblage en chaîne de ces nanoparticules hybrides s’est effectué à l’aide d’une technique exploitant une étampe de polydiméthylsiloxane ridée afin d’aligner les nanoparticules à l’intérieur des nanorides formées. L’influence de propriétés géométriques de ces assemblages sur les propriétés de fluorescence d’unfluorophore connu, la fluorescéine, sera présentée. La caractérisation des propriétés optiques de couplages plasmonique par rapport à la taille des coeurs de nanoparticules Ag@SiO2@fluorophore a été réalisé à l’aide de techniques de microscopie de fluorescence, de diffusion en champ sombre et de microscopie de temps de vie de fluorescence. Ces informations fondamentales ont d’ailleurs été appliquées pour étudier la propagation plasmonique dans ces assemblages linéaires de nanoparticules hybrides à l’aide d’une nouvelle technique d’imagerie de fluorescence et plasmon par onde évanescente de guides d’onde photo-inscrits.De plus, une nouvelle technique d’excitation par onde évanescente de guides d’onde photo-inscrits sera présentée pour l’imagerie de propagation plasmonique. La fabrication de ces guides, par photoinscription dans des substrats de silice est réalisée en collaboration avec le groupe du Prof. Réal Vallée du Centre d’Optique, Photonique et Laser à l’aide d’un laser à impulsion femtoseconde. Le positionnement des guides d’onde près de la surface du substrat créer une méthode d’excitation en champ proche par l’onde évanescente éliminant ainsi les problèmes de signaux parasites provenant du volume avoisinant la surface.

Le scanner spectral à comptage photonique (SPCCT) associé à des agents de contraste spécifiques pourrait détecter certaines inflammations cardiovasculaires à un stade précoce. Les agents de contraste utilisés actuellement en imagerie à rayons X sont des petites molécules qui sont éliminées du système cardiovasculaire en quelques minutes. D’où la nécessité de développer des nanosystèmes présentant des nouvelles caractéristiques intéressantes (ciblage passif/actif, temps de circulation sanguine prolongé, etc.). Dans ce projet de recherche, des nanoparticules (NPs) de polymères iodés ont été produites à l’aide du procédé de nanoprécipitation. Dans un premier temps, les paramètres de procédé et de formulation ont été optimisés pour fournir un agent de contraste répondant à des spécifications physicochimiques précises. Des nanoparticules composées d’une matrice de polymère iodé enveloppée de PEG ont été formulées. Ces suspensions de NPs sont extrêmement stables (jusqu’à 8 mois dans l’eau et dans le sérum humain), monodisperses, avec un diamètre moyen de 150 nm. Une concentration en iode de 100 g(I). mL-1 obtenue après une étape de centrifugation / redispersion a fourni un agent de contraste avec une radiopacité dans la gamme appropriée pour l’imagerie du système cardiovasculaire et l’étude de la biodistribution. Les algorithmes de reconstructions implémentés dans le SPCCT (Décomposition de la matière et reconstruction K-edge), ont permis une quantification précise de l’iode, ainsi qu’une discrimination spécifique du gadolinium et de l’iode dans des phantoms contenant un mélange des deux éléments. La biodistribution a été évaluée après injection des NPs à des rats par voie intraveineuse. Les NPs permettent une visualisation détaillée du système cardio-vasculaire, accompagnée d’une accumulation progressive dans le foie et la rate. Ces deux organes étaient toujours visibles 15 jours après l’injection. Une étude de biodégradation des NPs a été menée sur des cellules de macrophages. Malgré la biodégradabilité potentielle des polymères, les NP intériorisées par les macrophages par phagocytose au cours d’une incubation de 5 heures restent intactes pendant 5 semaines, tandis que certaines cellules sont dégradées. Des NPs ciblant la tropoélastine ont également été synthétisées pour l’imagerie active de la plaque d’athérosclérose au niveau moléculaire. Un test Biacore a montré une affinité des NPs conjuguées avec le peptide de ciblage vis-à-vis de la molécule réceptrice / The Spectral Photon Counting Computed Tomography (SPCCT) technology associated with specific contrast agents could detect some cardiovascular inflammations at an early stage. Currently, contrast agents for CT are small molecules that are eliminated from the cardiovascular system within few minutes. Hence there is a need to develop nanosystems that present new interesting features (passive/active targeting, long blood circulation times, etc.). In this work, iodinated polymer nanoparticles (NPs) were produced using the nanoprecipitation process. First, the process and formulation parameters were optimized to provide a contrast agent that meets definite physicochemical specifications. Highly stable (up to 8 months in water and human serum), monodisperse suspensions of spherical NPs with an average diameter of 150 nm were obtained. The iodinated polymer matrix core is coated by a PEG shell. An iodine concentration of 100 g(I).mL-1 reached after a centrifugation/redispersion step provided radiopacity of the contrast agent in the right range for imaging cardiovascular system and studies of biodistribution. SPCCT material decomposition and K-edge reconstruction allowed accurate quantification of iodine, as well as specific discrimination of gadolinium and iodine in phantoms containing mixtures of both elements. Biodistribution was assessed after intravenous injection of iodinated polymer NPs to rats, revealing a clear visualization of the cardiovascular system, and progressive accumulation in liver and spleen. These organs were still visible up to 15 days post-injection. A biodegradation experiment was carried out on macrophages cell culture. Despite the potential biodegradability of the polymers, NPs internalized by the macrophages after a 5h incubation via the phagocytosis mecanism, remained intact during 5 weeks, while some cells were degraded. Tropoelastin targeting NPs were also developed for active imaging of the atherosclerosis plaque at the molecular level. A Biacore test showed specific affinity of the NPs conjugated with the targeting peptide towards tropoelastin

Les nanoparticules, outils d'innovation dans le domaine biomédical, promettent des avantages significatifs, notamment au niveau du diagnostic et du traitement. Les nanoparticules d'or de forme anisotrope, nanobâtonnets, nanoprismes etc. présentent une absorption de la lumière dans le domaine du proche infrarouge, ce qui s'accompagne d'une augmentation locale de la température. Cet échauffement local provoqué par les nanoparticules d'or est exploité dans des thérapies, comme l'hyperthermie photo-assistée. Quant aux nanoparticules de fer, ce sont leurs propriétés magnétiques qui sont visées. Elles sont principalement mises à profit dans l'imagerie médicale, les nanoparticules de fer étant de bons agents de contraste pour l'IRM. Au cours de cette thèse nous nous somme intéressés d'une part à la synthèse de nanoparticules d'or de forme anisotrope sans utilisation, en tant qu'agent structurant, d'un tensioactif cationique, redouté pour sa toxicité. Pour cela la méthode polyol a été utilisée. En fonction des conditions de synthèse des plaquettes ou des cubes d'une taille sans précédent (ca. 21-50 nm) pour cette méthode ont été obtenus. Leur fonctionnalisation par des polymères de type PEG a été ensuite réalisée. D'autre part des nanoparticules de fer zero-valent de ca. 13 nm ont été élaborées en utilisant une approche organométallique dans le but de conserver une aimantation élevée nécessaire pour les applications envisagées. Nous avons réussi leur transfert dans l'eau, tout en conservant un cœur de fer zéro-valent de ca. 10 nm et donc une forte aimantation, grâce à des ligands comportant un groupement d'ancrage à la surface de nanoparticules type acide phosphonique. Des mesures préliminaires de leur relaxivité transversale ont été réalisées, ouvrant des perspectives très prometteuses en tant qu'agent de contraste en IRM. / Nanoparticles, tools of innovation in the biomedical field, promise significant advantages, notably in terms of diagnostic and therapy. Gold nanoparticles of anisotropic shape, nanorods, nanoprisms, etc. exhibit light absorption in the near-infrared region, which is accompanied by a local increase in temperature. This local warm-up is used in therapies, such as photo-assisted hyperthermia. In the case of iron nanoparticles, their magnetic properties are of interest for applications. They are mainly used in medical imaging, iron nanoparticles being good contrast agents for MRI. In this thesis, we have been interested in the synthesis of gold nanoparticles of anisotropic shapes free of cationic surfactants as structuring agent, because of their toxicity. As alternative the polyol method has been used. Depending on the synthesis conditions, platelets or cubes with an unprecedented size (ca. 21-50 nm) for this king of synthetic method have been obtained. On the other hand, zero-valent iron nanoparticles of ca. 13 nm have been developed using an organometallic approach in order to obtain nanoparticles with a high magnetization, necessary for the envisaged applications. We have succeeded in transferring iron nanoparticles into water, while conserving a zero-valent iron core of ca.10 nm and therefore a strong magnetization, thanks to ligands bearing a phosphonic acid head group in order to anchor them to the surface of the nanoparticles. Preliminary measurements of their transversal relaxivity have been carried out, opening up promising prospects as contrast agent for MRI.

Une des plus grande cause de mortalité aujourd'hui est le cancer. Acutellement, les nanotechnologies ont permis le développement de nouvelles approches dans le traitement du cancer. Ainsi, il est devenu nécessaire de concevoir et modeler des nanoparticules (NPs) multimodales et d'évaluer leur application thérapeutique potentielle. Les nanoparticules inorganiques étudiées dans le cadre de ce travail sont basées sur des oxydes métalliques (e.g. TiO2 et HfO2) et présentent plusieurs fonctionnalités permettant leur localisation et leur quantification en utilisant différentes techniques telles que l'IRM et l'imagerie optique. Notamment grâce à l'insertion de terres rares dans la matrice NPs. D'autre part, comme la température des cellules saines et cancéreuse diffère, la détermination locale de la température peut être intéressante et obtenue par l'étude de la luminescence d'une paire de terres rares judicieusement choisie.Ainsi des NPs de TiO2 et de HfO2 ont été synthétisées par voie hydrothermale, permettant un contrôle de leur taille et de leur morphologie. De plus, des terres rares, comme l'europium, le terbium et le gadolinium ont été insérées au sein des matrices d'oxyde d'hafnium permettant d'obtenir des nanoparticules multifonctionnelles, basées sur la détection par imagerie optique et magnétique et la détection de la température (nanothermomètre). Les NPs ont été caractérisées et des mesures de relaxivité ont été effectuées. La luminescence de ces NPs a été étudiée et a permis la mise au point d'un nanothermomètre avec une sensibilité de 0.1%.K-1. / Cancer is one of the main cause of mortality in the world. Recently, nanotechnologies have led tonew approaches in cancer therapy. In this context, it is important to design multimodal nanoparticles (NPs) andassess their therapeutic potential. The inorganic NPs studied here are based on metal oxides (e.g., TiO2 and HfO2)exhibiting functionalities that allow their localization and tracking using various techniques (MRI, luminescence),as well as their quantification. For this purpose, rare-earth elements are inserted in the metal oxide matrices. Asthe lethal temperatures for healthy and tumor cells are different, it is also important to ascertain thetemperature of the cells during ionizing radiation treatment. This may be achieved based on the light emissionof suitable pairs of rare-earth elements.Thus, titania and hafnia nanoparticles were synthesized by the hydrothermal method enabling the control ofmorphology and size. Furthermore, the hafnia matrices were doped with rare-earth elements, such as europium,terbium and gadolinium, endowing NPs with functionalities such as luminescence tracking, magnetic resonanceimaging and nanothermometry. The chemical characterizations were performed and the relaxivity constantswere assessed. The luminescence response was also studied, and one nanothermometer with a sensitivity atroom temperature ca. 0.1 %.K-1 was obtained.

Ces travaux portent sur l'élaboration de catalyseurs hétérogènes en milieu liquide ionique (LI). Ces sels liquides à température ambiante permettent d'ajuster les propriétés du solvant suivant la composition chimique du LI mis en jeu (sels d'imidazolium ou Deep Eutectic Solvent à base de chlorure de choline et urée). Ce type de solvant a permis la synthèse et le dépôt de nanoparticules (NPs) d'Au et Au-Pd sur TiO2. Le type de LI utilisé influence la stabilité des NPs en solution, la force de l'interaction métal/support et la nanostructuration des particules bimétalliques. Les performances catalytiques en hydrogénation sélective du butadiène ont montré une amélioration de l'activité des catalyseurs monométalliques à base d'Au en présence de Pd, une promotion de l'activité des catalyseurs (mono-et bimétalliques) par des espèces phosphorées résiduelles issues du LI et une inhibition de l'activité par des espèces soufrées. Des supports TiO2 ont également été préparés en milieu DES. L'utilisation de ce LI et d'un précurseur de Ti spécifique a permis de contrôler la texture et la structure du polymorphe obtenu (anatase, rutile ou mélange anatase-rutile). L'influence de la nature du support a été étudiée en oxydation du CO après dépôt d'Au par dépôt-précipitation à l'urée. Les catalyseurs Au/TiO2 les plus actifs ont été obtenus pour des mélanges anatase-rutile, la proximité entre phases anatase et rutile menant à un optimum de réactivité et de stabilité. / This work deals with the elaboration of heterogeneous catalysts in ionic liquids (ILs). These salts, liquid at room temperature, were chosen because they permit to adjust the solvent properties depending on their chemical composition (imidazolium salts or Deep Eutectic Solvent based on choline chloride and urea). These solvents allowed the synthesis and deposition of Au and Au-Pd nanoparticles (NPs) on TiO2. The IL nature controls the NPs stability in solution, the strength of the metal/support interaction and the nanostructuration of bimetallic particles. The catalysts performances, evaluated by selective hydrogenation, showed an increase in activity of the Au monometallic catalysts after addition of Pd, a promotion of the catalysts activity due to the presence of P residues from the ILs and an inhibition of the activity caused by S species. TiO2 supports were also prepared in DES. The use of this IL, in addition to a specific Ti precursor, led to a textural and structural control of the obtained polymorphs (anatase, rutile or anatase-rutile mixture). The influence of the support type was studied in CO oxidation after Au deposition by urea deposition-precipitation. The most active Au/TiO2 catalysts were obtained with anatase-rutile mixtures, the vicinity between anatase and rutile phases leading to an optimum activity and stability.This work deals with the elaboration of heterogeneous catalysts in ionic liquids (ILs). These salts, liquid at room temperature, were chosen because they permit to adjust the solvent properties depending on their chemical composition (imidazolium salts or Deep Eutectic Solvent based on choline chloride and urea). These solvents allowed the synthesis and deposition of Au and Au-Pd nanoparticles (NPs) on TiO2. The IL nature controls the NPs stability in solution, the strength of the metal/support interaction and the nanostructuration of bimetallic particles. The catalysts performances, evaluated by selective hydrogenation, showed an increase in activity of the Au monometallic catalysts after addition of Pd, a promotion of the catalysts activity due to the presence of P residues from the ILs and an inhibition of the activity caused by S species. TiO2 supports were also prepared in DES. The use of this IL, in addition to a specific Ti precursor, led to a textural and structural control of the obtained polymorphs (anatase, rutile or anatase-rutile mixture). The influence of the support type was studied in CO oxidation after Au deposition by urea deposition-precipitation. The most active Au/TiO2 catalysts were obtained with anatase-rutile mixtures, the vicinity between anatase and rutile phases leading to an optimum activity and stability.