Procédé anti-solvant microfluidique pour la synthèse de nanoparticules organiques fluorescentes en conditions supercritiques

Process intensification for the synthesis of fluorescent organic nanoparticles by microfluidic supercritical anti-solvent

• Auteur / Autrice : Thomas Jaouhari
• Direction : Arnaud Erriguible, Samuel Marre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 30/03/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Mario Maglione
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Erriguible, Samuel Marre, Elisabeth Badens, Robert Pansu, Cyril Aymonier, Suzanne Fery-Forgues
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elisabeth Badens, Robert Pansu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés organiques

Dioxyde de carbone supercritique

Nanoparticules

Mots clés libres

Procédé anti-Solvant

Microfluidique

Fluides supercritiques

Nanoparticules organiques fluorescentes (FONs)

Anti-Solvent process

Microfluidics

Supercritical fluids

Fluorescent Organic Nanoparticles (FONs)

Résumé

Les nanoparticules organiques fluorescentes (FONs) sont aujourd’hui utilisées dans de nombreuses applications biomédicales d’imagerie cellulaire. Réduits à une échelle nanométrique, les FONs présentent un meilleur taux de dissolution dans le milieu biologique, ils peuvent notamment traverser plus facilement les membranes des tissus et être plus efficacement assimilés dans l’organisme. La plupart des molécules utilisées pour la fabrication des FONs sont très peu solubles dans les milieux aqueux, limitant ainsi leur biodisponibilité. Ainsi, une des stratégies considérées par les industries pharmaceutiques pour répondre à ces limitations consiste à diminuer la taille des particules d’ingrédients pharmaceutiques actifs (APIs). Dans cette thèse, nous proposons de combiner deux techniques d’intensification pour la synthèse des FONs, à savoir les procédés SAS (Supercritical Anti-Solvent) utilisant le dioxyde de carbone supercritique (sc-CO2) et la technologie microfluidique (μF). Dans le cadre de ces travaux de thèse, nous avons testé différentes molécules organiques fluorescentes qui ont été mises en forme à l’aide du procédé μSAS. Des études paramétriques ont été réalisées dans le but de déterminer les conditions optimales pour la synthèse de nanoparticules. Enfin, des FONs dont l’intensité de fluorescence augmente à l’état agrégé (AIE) ont été choisies dans le but d’analyser in situ de manière originale les champs de nucléation de particules dans le système μSAS, pour pouvoir comparer ces résultats à la simulation.

Nowadays, Fluorescent Organic Nanoparticles (FONs) are involved for cell imaging applications. After reducing the particle size to the nanosize range, FONs increase their dissolution rate in biological media. Thus, they present a high penetration in cell membranes and can be assimilated more efficiently. As is usual, poor water-soluble organic molecules encounter low oral bioavailability. To overcome the solubility problems, pharmaceutical companies develop approaches to decrease active pharmaceutical ingredient (API) particle size. During this thesis, we propose to combine two intensification strategies for FONs synthesis. First, we employ the Supercritical Anti-Solvent (SAS) process using supercritical carbon dioxide (sc-CO2). The other point is that we add microfluidics (μF). We suggest to test various organic molecules and to process them by μSAS system. Parametric studies are performed to find optimal conditions for small particle size. Finally, specific FONs with Aggregation Induced Emission (AIE) effect are employed for the in situ characterization of nucleation field in μSAS. Experimental and simulation results are both compared and discussed.