Functionalization and modification of nanoparticles and their biomedical application

par Volodymyr Turcheniuk

Thèse de doctorat en Micro et Nano Technologies, Acoustique et Télécommunications

Sous la direction de Sabine Szunerits et de Vladimir Zaitsev.

  • Titre traduit

    Fonctionnalisation et transformation de nanoparticules et leur application biomédicale


  • Résumé

    L’objectif primordial a été le développement de stratégies de fonctionnalisation de surface polyvalente pour différentes nanoparticules notamment de nanoparticules de diamant, les nanostructures en or et ses nanocomposites. Un objectif particulier a été l'utilisation du graphène oxide réduite et des nanostructures en or pour l'ablation photo-thermique ou photo-dynamique des pathogènes.Incorporation de la vertéporfine, un photo-sensibiliteur cliniquement approuvé, sur des nanostructures en a permis une éradication efficace d'une souche virulente de E. coli associé à une infection des voies urinaires. L’utilisation du graphène oxide reduite,lorsqu'il est éclairé avec un laser infrarouge proche, a permis une destruction photothermique de la même souche de E. coli.En parallèle, l'intérêt d'utiliser des nanoparticules de diamant (NDs) modifié avec le menthol ainsi que différents sucres comme agent antibactérien contre les bactéries Gram-positif (Staphylococcus aureus) et Gram négatif (Escherichia coli) a été montré. Une stratégie pour l’intégration covalente des sucres, en tirant profit de la photochimie de arylazides, a été développée en parallèle. Le nitrène, une intermédiaire très réactif, est censé interagir avec des glycanes en créant des liaisons covalentes très robustes. Les glyco- NDs ainsi formés ont maintenu leur affinité envers des lectines. Grâce à un test d'agglutination à la base de fluorescence nous avons montré que les particules mannan-NDs montrent un effet d’agglutination des E. coli à des concentrations de ≈10 pg ml - 1, étant beaucoup plus faible que le mannan libre et mannose-NDs.


  • Résumé

    The primal focus of the research work was the development of versatile surface functionalization strategies for different nanoparticles ranging from diamond nanostructures to gold nanorods and nanocomposites. One particular aim was the use of reduced grpahene oxide (rGO) and silica coated gold nanorods for the photothermal and photodynamic ablation of pathogens. Embedding of verteporfin, a clinically approved photosensitizer, into silica-coated gold nanorods allowed an efficient eradicaiton of a virulent strain of E. coli associated with urinary tract infection. The great heating effect of graphene-coated gold nanorods when illuminated with a near-infrared laser allowed for a photothermal destruction of the same pathogenic strain. In parallel, we have shown the interest of using diamond nanoparticles (NDs) modified with menthol as well as different sugars as antibacterial agent against Gram-positive (Staphylococcus aureus) and Gram-negative (Escherichia Coli) bacteria. We developed a strategy for the covalent attachment of sugars by taking advantage of the photochemistry of arylazides, which upon light activation convert to reactive nitrenes. The highly reactive nitrene intermediate formed is believed to interact with glycans through C-H and N-H insertion reactions, creating highly robust covalent linkages. The resulting glyco-NDs maintained their expected binging affinity and specificity towards their partner lectins. Through a fluorescent based agglutination assay, we showed that mannan-NDs display E. coli agglutination at concentrations of ≈10 µg mL-1, being much lower than free mannan and mannose-NDs.


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