Encapsulation de micro-algues dans des matrices minérales en vue d'élaboration bio-contrôlée de nanoparticules

par Clémence Sicard

Thèse de doctorat en Surfaces, interfaces, matériaux fonctionnels

Sous la direction de Fernand Fiévet et de Thibaud Coradin.

Soutenue en 2010

à Paris 7 .

mots clés

• Nanoparticules
• Or
• Biosynthèse
• Encapsulation (électronique)
• Microalgues
• Spectroscopie Raman

Résumé

L'utilisation d'une matrice de silice obtenue à partir d'un mélange de silice colloïdale et de silicate à permis de conserver des micro-algues sans altérer ni leur paroi cellulaire ni leur ultra-structure. L'activité photosynthétique des cellules diminue lorsqu'elles sont encapsulées. L'interface silice-matrice semble dépendre de l'état physiologique des cellules. Le métabolisme restreint provoqué par le confinement n'a pas inhibé la capacité des cellules à internaliser des ions auriques pour ensuite les réduire en nanoparticules. Des concentrations en sels d'or plus importantes qu'en solution ont même pu être utilisées sans effet de toxicité détecté sur les cellules. Il a également été possible d'utiliser la spectroscopie Raman pour imager in situ des cellules encapsulées. Cette méthode de détection a permis de suivre la modification du système photosynthétique en présence de nanoparticules d'or. L'élaboration de biocapteurs pour la détection de modification cellulaire basée sur cette technique de caractérisation serait une perspective d'application très intéressante. Une autre méthode d'encapsulation a été utilisée : les matrices bio-hybrides. Elles ont l'avantage de protéger les cellules de l'effet de l'encapsulation. Une matrice de silice dopée avec des nanoparticules d'oxyde de cérium a été synthétisée pour la protection des cellules. Non seulement cette matrice protège les cellules des rayons UV mais elle minimise également les dommages oxydatifs. Elle ouvre la voie de la réalisation de matrices optimisées par incorporation de nanoparticules dans les gels. Des matrices avec différentes propriétés peuvent alors être envisagées.

Titre traduit

Micro-algae encapsulation in mineral matrices for bio-controlled formation of nanoparticles

Résumé

Using a silica matrix obtained from a mixture of colloidal silica and silicate has kept microalgae without alterinc either their ultra -structure or their cell wall. The photosynthetic activity decreases when cells are encapsulated. The silica-matrix interface seems to depend on the physiological state of cells. Reduced metabolism caused by the confinement did not inhibit the ability of cells to internalize auric ions and reduce them into nanoparticles. Sait concentrations greater than those used for culture in suspension could even be used without detected toxicity effect on cells. It was also possible to use Raman spectroscopy to image in situ encapsulated cells. This detection method was used to follow the modification of the photosynthetic System in the presence of gold nanoparticles. The development of biosensors for detection of cellular changes based on this technique of characterization would be a very interesting application. Another encapsulation method was used: bio-hybrid matrices. They have the advantage of protecting cells from the effect of encapsulation. A silica matrix doped with nanoparticles of cerium oxide was synthesized to protect cells. Not only this matrix protects cells from UV radiation but also minimizes oxidative damage. It paves the way for the realization of matrices optimized by incorporation of nanoparticles in thé gels. Matrices with different properties can then be considered.