Synthèse et caractérisation de dioxyde de cérium nanométrique : applications à la protection topique contre les agents chimiques de guerre et civils et à la photoprotection topique

Synthesis and characterization of nanometric cerium dioxide : applications to topical skin protection against chemical warfare agents and topical photoprotection

• Auteur / Autrice : Tifenn Boutard
• Direction : Thierry Devers, Christos Roussakis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 26/06/2013
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (2012-.... ; Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Centre de recherche sur la matière divisée (Orléans ; 1991-2011)
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Briancon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Devers, Christos Roussakis, Stéphanie Briancon, Oscar Komla Awitor, Céline Couteau, Levi Allam, Denis Josse, Laurent Taysse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphanie Briancon, Oscar Komla Awitor

Mots clés

Mots clés contrôlés

Produits de protection solaire

Toxicologie génétique

Toxicologie cellulaire

Micro-ondes

Oxydes de cérium

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules

Dioxyde de cérium

Synthèse hydrothermale

Micro-ondes

Topique protecteur

Perméation in vitro

Paraoxon

Photoprotection

Cytotoxicité

Génotoxicité

Nanoparticles

Cerium dioxide

Hydrothermal synthesis

Microwaves

Topical skin protectant

In vitro permeation

Paraoxon

Photoprotection

Cytotoxicity

Genotoxicity

Résumé

Les nanomatériaux représentent un créneau de recherche en plein essor dans de nombreuxdomaines. Leurs propriétés inédites leur confèrent de nombreux avantages mais soulèvent égalementdes interrogations quant à leur profil toxicologique. Parmi leurs applications possibles, lesnanomatériaux sont intégrés au sein de topiques protecteurs : dans le secteur militaire, afin de limiterla pénétration cutanée des agents chimiques de guerre et dans le secteur cosmétique, notammentdans les produits de protection solaire. Ce travail porte sur l'intérêt du dioxyde de cérium pur ou dopéau calcium dans ces deux applications. Dans un premier temps, les nanoparticules ont étésynthétisées par une méthode hydrothermale, assistée de la voie micro-ondes. La caractérisation pardifférentes méthodes a permis d'identifier la phase cristalline du CeO2 et a montré que lesnanoparticules présentaient une taille de 3 nm, pouvant être augmentée jusqu'à 95 nm en fonction dutraitement thermique appliqué. Par la suite, l'efficacité des nanoparticules seules puis incorporées ausein de topiques à effets barrières vis-à-vis de la pénétration du paraoxon, agent organophosphoré, aété testée. Une émulsion H/E constituée de 10 % de cérine a permis de réduire de façon significativela pénétration du toxique. Enfin, la photoprotection et la sécurité d'emploi du CeO2 ont été comparéesà celles des filtres solaires, et notamment à celles de l'oxyde de zinc (ZnO) fréquemment rencontrédans les produits de protection solaire. Le CeO2, en améliorant la protection dans le domaine des UVBet en ne présentant aucun effet antiprolifératif ou génotoxique sur une lignée cellulaire dekératinocytes humains, représente une alternative particulièrement intéressante au ZnO.

Nanomaterials represent a growing niche research in many fields. Their unusual properties provide many benefits, but also raise questions about their toxicological profile. Among their applications, nanomaterials are integrated into topical skin protectant: in the military sector, in order to reduce skin penetration of chemical warfare agents and in the cosmetics industry, especially in sunscreen products. This work focuses on the interest of pure or calcium doped cerium dioxide in these two applications. Initially, the nanoparticles were synthesized by a microwave-hydrothermal method. Characterization by different methods has identified the crystalline phase of CeO2 and has showed that the nanoparticles had a size of 3 nm, which could be increased up to 95 nm depending on the heat treatment applied. Thereafter, the effectiveness of nanoparticles alone and then incorporated in a topical barrier cream over the penetration of paraoxon, organophosphorus agent was tested. An O/W emulsion, consisting of 10 % ceria, has reduced significantly the penetration of the toxic. Finally, photoprotection and safety of CeO2 were compared with sunscreens, and in particular with zinc oxide (ZnO), frequently encountered in sunscreen products. CeO2, improving protection in the UVB range and showing no antiproliferative or genotoxic effect on human keratinocyte cell line, is a particularly attractive alternative to ZnO.