A partir de l'étude des effets de la chimie de surface des Nanodiamants (NDs) sur leurs propriétés électroniques, cette thèse a permis la mise en évidence d'un effet thérapeutique des NDs sur des cellules humaines. En particulier, il a été montré que les NDs de détonation peuvent générer des radicaux libres oxygénés sous radiation ionisante, ce qui pourrait améliorer l'efficacité de certains traitements de radiothérapie actuels. Les échanges électroniques entre le coeur des NDs et leur environnement sont en effet favorisés après des traitements de surface, notamment d'hydrogénation et de graphitisation de surface. Les conditions expérimentales permettant d'obtenir des NDs hydrogénées (NDs-H) sous plasma d'hydrogène ont été optimisées sous ultravide, puis ont été utilisées pour préparer de grandes quantités de NDs-H sous forme pulvérulente. La même procédure a été appliquée pour la graphitisation de surface des NDs, en utilisant des recuits sous vide à haute température. L'effet de ces traitements de surface sur les propriétés d'interactions électroniques des NDs a été étudié après exposition à l'air ambiant, puis en dispersion dans l'eau. Ces traitements de surface assurent notamment un potentiel Zeta positif aux NDs, dont l'origine a été discutée. Enfin, les interactions des NDs avec plusieurs lignées de cellules tumorales humaines ont été étudiées et l'efficacité des NDs pour radiosensibiliser des cellules radiorésistantes sous irradiation gamma a été montrée, ouvrant de nouvelles perspectives d'applications des NDs en nanomédecine. . / In this thesis, a therapeutic effect of nanodiamonds (NDs) has been evidenced by investigating the role of NDs surface chemistry on their electronic properties. More precisely, the generation of reactive oxygen species from detonation NDs under ionizing radiation, which could improve current radiotherapy treatments, has been demonstrated. To this end, surface treatments facilitating electron transfer from NDs to their environment, namely hydrogenation and surface graphitization, were developed. Experimental conditions ensuring an efficient hydrogenation by hydrogen plasma were determined under ultrahigh vacuum, before being used to prepare large quantities of NDs in powder phase. A similar procedure was applied to the surface graphitization of NDs, performed by annealing under vacuum at high temperature. The impact of such surface treatments on the electronic interaction properties of NDs has been investigated under ambient air and after dispersion in water. These surface treatments induce a positive Zeta potential to NDs in water, which origin has been discussed. Finally, their interactions with human tumor cells were observed. Radiosensitization of tumor cells using NDs under gamma irradiation was demonstrated, opening new perspectives for NDs in nanomedicine.

La recherche s’appuie pour une grande part sur le développement de nanomatériaux. Ceux-ci constituent, en effet, les matières premières des nanosciences et ouvrent à l’industrie des perspectives extrêmement larges. Le développement des céramiques nécessite une grande maîtrise des procédés d'élaboration qui permettent d'obtenir des microstructures appropriées à l’élaboration de matériaux denses pour différentes applications par exemple biomédicales. Les évolutions récentes concernent les matériaux hybrides et bio-inspirés ; les problèmes de mise en forme et de structuration multi-échelles de ces derniers incitent au développement de nouveaux procédés telle que l’approche nouvelle dite ascendante (bottom-up) consistant à fabriquer un matériau à échelle microscopique voir macroscopique à partir de ses particules nanométriques.Dans ce contexte, les travaux de cette thèse ont pour objectif de faciliter, par l’intermédiaire d’une modification de surface, la mise au point d’une technique de mise en forme originale pour l’élaboration de céramiques issues d’un matériau nanométrique de type oxyde: la granulation par coagulation. Nous nous sommes intéressés au cas d’une nanopoudre de boehmite (AlO(OH)). Cependant, cette poudre nanométrique de boehmite présente de multiples instabilités en suspension. En effet, cette poudre est soumise à de fortes gélifications en fonction du pH et à basse concentration. Il est nécessaire dans ce cas pour obtenir une suspension stable de modifier les propriétés de surface. En conséquence, une partie de ces travaux est consacrée à la fonctionnalisation de surface par des organosilanes. Cette modification de surface n’est cependant qu’une étape à l’obtention d’une particule hybride constituée d’un cœur de boehmite et d’une couche polymérique. En réalité, le greffage d’organosilane à la surface permet de créer un pont entre la partie centrale inorganique et la partie externe organique constituée de latex pouvant se lier à l’organosilane utilisé (le MPS).Le matériau hybride boehmite-MPS-latex ainsi obtenu peut être utilisé dans une nouvelle technique de mise en forme colloïdale inspirée de la granulation par hétérocoagulation. En milieu aqueux, la polarité opposée des charges de surfaces de deux entités différentes conduit à l’hétérocoagulation en suspension. La coagulation observée dans cette thèse, met en relation deux particules identiques possédant chacune, les deux charges opposées à leur surface. Le principe de la granulation consiste à induire, sous l’effet d’un mouvement de rotation des échantillons, la coalescence des agglomérats en forçant leurs surfaces à interagir par contacts réciproques. En sélectionnant la formulation, la coalescence conduit à l'élaboration d'objets sphériques homogènes en taille et en forme. / Research in this field is multidisciplinary and relies largely on the development of nanomaterials. These are, in fact, the raw materials of nanoscience and open to industry extremely broad prospects. In the field of material sciences, nanostructured materials, among them nanostructured ceramics have grown considerably in recent years. Development of ceramic requires a mastery of production processes that achieve appropriate microstructures in the development of dense materials for various applications such biomédicals. Recent developments include hybrid and bio-inspired materials; the problems of shaping and multi-scale structure of these encourage the development of new processes such as the new so-called bottom-up approach of manufacturing and make macroscopic material from its nanoparticles. In this context, the work of this PhD aim to facilitate, through surface modification, the development of an original layout technique for the development of ceramics from a material nano-oxide type: granulation coagulation. We were interested in the case of a boehmite nanopowder (AlO(OH)). However, this nanoscale boehmite powder has many instabilities in suspension. Indeed, the powder is subjected to strong gelation as function of pH and at low concentrations. It is necessary in this case to obtain a stable suspension by modifying the surface properties. Accordingly, a part of this work is devoted to surface functionalization by organosilanes. This surface modification, however, is only one stage to obtain a hybrid particle comprised of a heart of boehmite and a polymeric layer. In reality, the grafting organosilane (MPS) at the surface permit to create a bridge between the inorganic core and organic outer part consists of latex. The boehmite-MPS-latex hybrid material thus obtained can be used in a new colloidal shaping technique inspired by heterocoagulation granulation. In aqueous medium, the opposite polarity of the charges of the surfaces of two different entities leads to heterocoagulation in suspension. Clotting observed in this thesis, connects two identical particles with each, the two charges opposite to the surface. The principle of the granulation is to induce, under the effect the rotational movement, the coalescence of the agglomerates by forcing their surfaces to interact by mutual contact. By selecting the formulation, coalescence leads to the development of homogeneous spherical objects in size and shape.

L'émergence de bactéries multirésistantes dues à une utilisation abusive d'antibiotiques est devenue l'une des menaces les plus dangereuses pour la santé publique. Le développement de nouveaux médicaments et la recherche d'agents antibactériens non traditionnels ont conduit à la nanotechnologie en tant que solution potentielle à ce problème. Les nanoparticules d'argent (NPs d’Ag) sont largement connues pour leur effet antibactérien. Cette étude vise à synthétiser des NPs d’Ag avec différents revêtements et à relier leurs propriétés physico-chimiques à leurs activités biocides, en mettant l'accent sur la façon dont leur charge de surface (estimée par leur potentiel zêta) affecte leurs efficacités antibactériennes et anti-biofilm. Les NPs d’Ag ont été synthétisées en utilisant du citrate comme agent de stabilisation et du polyvinylpyrrolidone, du polyéthylène glycol, de la chitosane et du polyéthylèneimine comme revêtements. La Spectroscopie de Masse à Plasma Inductif de Particule Unique, la Diffusion de Lumière Dynamique et les mesures de potentiel zêta ont été utilisées pour caractériser les NPs d’Ag préparées. La caractérisation des formulations de nanoparticules a montré qu'elles avaient des diamètres similaires d'environ 10 nm et des charges allant de -46 mV à 16 mV. Les comptages de plaques d'agar et les tests de micro dilution ont montré que les NPs d’Ag synthétisées étaient très efficaces pour empêcher la croissance des cellules bactériennes Escherichia coli. Des biofilms d'E. coli ont été cultivés et exposés aux NPs d’Ag, puis vérifiés à l'aide d'une microscopie à balayage laser confocal montrant que les formulations de NP avec un potentiel zêta négatif avaient plus d'activité anti-biofilm que les NP chargées neutres ou positives. / The emergence of multidrug resistant bacteria due to the misuse of antibiotics has become one of the most dangerous threats to public health. Development of new drugs and the search for non-traditional antibacterial agents have led to nanotechnology as a potential solution to this problem. Silver nanoparticles (Ag NPs) are widely known for their antibacterial effect. This study aims to synthesize Ag NPs with different coatings and relate their physicochemical properties with their biocidal activities, with special emphasis on how their surface charge (estimated via their zeta potential) affects their antibacterial and antibiofilm efficacies. Ag NPs were synthesized using citrate as a stabilizing agent and polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, chitosan and polyethyleneimine were used as coatings. Single Particle Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy, Dynamic Light Scattering, and zeta potential measurements were used to characterize the prepared Ag NPs. Characterization of the nanoparticle formulations showed that they had similar diameters of around 10 nm and charges ranging from -46 mV to 16 mV. Agar Plate Counts and microdilution assays showed that the synthesized Ag NPs were very effective in preventing growth of Escherichia coli bacterial cells. E. coli biofilms were grown and exposed to the Ag NPs and checked afterwards with a confocal laser scanning microscopy showing that NP formulations with a negative zeta potential had more anti-biofilm activity than neutral or positive charged NPs.

La minéralisation induite par l'activité microbienne joue un rôle majeur dans le fonctionnement des écosystèmes passés et présents. Cette étude présente les données expérimentales de précipitation de CaCO3 à partir de cultures pures de deux types de bactéries anoxygéniques phototrophiques (APB) : Rhodovulum steppens A-20s haloalcaphilique et Rhodovulum sp. S-17-65 neutrophilique halophilique, ainsi que de cyanobactéries Gloeocapsa sp.. Ces bactéries représentent deux groupes importants d'organismes photosynthétiques depuis les temps les plus anciens jusqu'à nos jours. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif principal de caractériser les processus biologiques de précipitation de CaCO3 et d'évaluer l'existence d'un processus métabolique protégeant les bactéries étudiées contre la minéralisation de carbonates à leur surface. Pour cela, des expériences cinétiques, des mesures de potentiel zêta et d'adsorption de Ca à la surface bactérienne, couplées à des observations par Microscopie Electronique à Balayage (MEB), en Transmission (MET) et des analyses chimiques par émission et diffraction de rayons X (EDX et XRD) ont été menées. Les résultats de cette étude démontrent que les bactéries étudiées prennent une part active dans la précipitation de CaCO3 . Les mesures de potentiel zêta suggèrent l'existence d'un mécanisme de protection de la cellule pour les APB étudiées, basé sur le maintien métabolique d'une charge de surface plus positive à pH alcalin, préservant les bactéries actives de l'adsorption de Ca2+ et de la précipitation subséquente de carbonates à leur surface. L'existence d'un tel mécanisme n'est pas confirmée pour Gloeocapsa sp. Ainsi, deux mécanismes différents de nucléation de CaCO3 peuvent être mis en évidence : un premier mettant en jeu une sursaturation non-spécifique pour les bactéries anoxygéniques phototrophiques (APB), et un deuxième par nucléation spécifique au niveau de la membrane cellulaire pour les cyanobactéries Gloeocapsa sp..

A partir de l'étude des effets de la chimie de surface des Nanodiamants (NDs) sur leurs propriétés électroniques, cette thèse a permis la mise en évidence d'un effet thérapeutique des NDs sur des cellules humaines. En particulier, il a été montré que les NDs de détonation peuvent générer des radicaux libres oxygénés sous radiation ionisante, ce qui pourrait améliorer l'efficacité de certains traitements de radiothérapie actuels. Les échanges électroniques entre le coeur des NDs et leur environnement sont en effet favorisés après des traitements de surface, notamment d'hydrogénation et de graphitisation de surface. Les conditions expérimentales permettant d'obtenir des NDs hydrogénées (NDs-H) sous plasma d'hydrogène ont été optimisées sous ultravide, puis ont été utilisées pour préparer de grandes quantités de NDs-H sous forme pulvérulente. La même procédure a été appliquée pour la graphitisation de surface des NDs, en utilisant des recuits sous vide à haute température. L'effet de ces traitements de surface sur les propriétés d'interactions électroniques des NDs a été étudié après exposition à l'air ambiant, puis en dispersion dans l'eau. Ces traitements de surface assurent notamment un potentiel Zeta positif aux NDs, dont l'origine a été discutée. Enfin, les interactions des NDs avec plusieurs lignées de cellules tumorales humaines ont été étudiées et l'efficacité des NDs pour radiosensibiliser des cellules radiorésistantes sous irradiation gamma a été montrée, ouvrant de nouvelles perspectives d'applications des NDs en nanomédecine. .