Synthèse et caractérisation de nanoparticules luminescentes à base de lanthanides : vers de nouveaux bio-marqueurs

par Séverine Lechevallier

Thèse de doctorat en Science et génie des matériaux

Sous la direction de Jeannette Dexpert-Ghys et de Robert Mauricot.

Soutenue en 2010

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Ce travail concerne la mise au point de nanoparticules (NPs) luminescentes utilisables comme bio-marqueurs. Des nanoparticules inorganiques ont été synthétisées, dans lesquelles l'ion luminescent (Eu3+ pour la plupart des mesures) est introduit en substitution dans une matrice oxyde. Des nanoparticules de LnOHCO3:Eu3+ (Ln = Y ou Gd), de Ln2O3:Eu3+, de Ln2O3S:Eu3+ et de SiO2 :Eu3+ ont été caractérisées avec les techniques ATG, DRX-WAXS, TEM, IR et photoluminescence (PL). La précipitation contrôlée en présence d'urée est la voie qui a été optimisée pour obtenir des NPs sphériques et monodisperses en taille (150±15 nm). Ces particules d'hydroxycarbonate de lanthanide amorphes peuvent être utilisées comme marqueurs luminescents, telles quelles, ou après leur conversion en oxyde ou en oxysulfure. Pour les particules de SiO2:Eu3+ , c'est la synthèse par pyrolyse d'aérosol qui a été employée. Ces particules sont sphériques d'un diamètre moyen de 350 nm. Dans un second temps, les NPs inorganiques ont été modifiées en surface, par réaction avec des alcoxysilanes, afin d’y greffer des fonctions amines réactives. Plusieurs voies de modification ont été explorées : avec APTES (aminopropyltriethoxysilane), avec TEOS (tetraethoxysilane) puis APTES ou avec le mélange TEOS+APTES. Les mêmes techniques de caractérisation ont été appliquées aux particules modifiées, ainsi que l'analyse chimique, la RMN du solide et l'XPS. Des mesures de DLS et potentiel. Des NPs en suspension dans l'eau ont été réalisées, ainsi que l'évaluation du nombre de NH2 accessibles par le couplage avec FITC (fluorescéine isothiocyanate). La modification directe de l'oxyde (Y2O3, Gd2O3) par APTES est la voie la plus favorable, et permet de greffer une couche d'environ 1 nm d'épaisseur, homogène à l'observation par TEM et présentant le plus grand nombre de NH2 accessibles. Finalement, pour progresser vers les applications de marquage luminescent en milieu biologique, la luminescence des particules a été observée et analysée : -au spectrofluorimètre, après leur dispersion dans l'eau -au microscope de fluorescence, sur lame de verre, sous excitation en bande large -au microscope confocal, sous excitation laser, après internalisation des particules dans des cellules cancéreuses -au cytomètre de flux

  • Titre traduit

    Synthesis and characterization of lanthanide-based luminescent nanoparticles : toward new bio-labels


  • Résumé

    This work deals with the development of luminescent nanoparticles (NPs) suitable as bio-labels. Inorganic NPs have been synthesized, in which luminescent ion (Eu3+ in most of cases) is substituting ions of the oxide host matrix. NPs of Ln(OH)CO3:Eu3+ (Ln = Y or Gd), Ln2O3:Eu3+, Ln2O2S:Eu3+ and SiO2:Eu3+ have been characterized by the way of TGA, WAXS-XRD, TEM, IR and photoluminescence (PL) techniques. The controlled precipitation using urea as precipitating agent is the way chosen and optimized to obtain spherical and monodispersed in size (150±15 nm) NPs. These particles of amorphous lanthanide hydroxycarbonate can directly be used as luminescent bio-labels or after their conversion in oxide or oxysulfide. For the silica particles, the synthesis by aerosol pyrolysis has been used. The obtained particles are spherical with a main diameter of 350 nm. In a second step, the surface of the inorganic NPs has been modified, in order to graft amino­reactive functions. Several modification ways have been explored: with APTES (aminopropyltriethoxysilane), with TEOS (tetraethoxysilane) and then APTES, or with a TEOS/APTES mixture. The same characterizations techniques have been applied to the modified particles, and chemical analysis, solid state NMR and XPS. DLS and. -potential of the NPs dispersed in water have also been measured. These analyses have been completed by the evaluation of the number of accessible amine functions by coupling with FITC (fluoresceine isothiocyanate). The direct modification of oxides (Y2O3 or Gd2O3) with APTES is the best way, and an homogenous layer of 1 nm with a high number of accessible amine can be graft. Finally, to move toward luminescent bio-labelling in biological medium, the luminescence of the NPs has been observed and analyzed using: -A spectrofluorimeter, after their dispersion in water -A fluorescence microscope, on glass slides, under broad band excitation -A confocal microscope, under laser excitation, after their internalisation in cancer cells -A flow cytometer

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Informations

  • Détails : 1 vol. (209 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 197-209

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2010 TOU3 0347
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