From the Bulk Synthesis of Magnetic Nanocluster to their Microfluidic Assembly in Polymeric Micelles and the Study of their Biotransformation in Cellular Spheroids

De la synthèse en bulk de nanoaggrégats magnétiques à leur assemblage dans des micelles polymériques par microfluidique et l'étude de leur biotransformation dans des sphéroïdes cellulaires Ce travail porte sur l'élaboration de nanofleurs d'oxyde de fer par une voie polyol, leur encapsulation dans des micelles polymériques et l'évaluation de leurs performances optiques sous forme de suspensions aqueuses. Leur biodégradation est également évaluée, grâce à des études in vitro sur des modèles de tissus sains et cancéreux. Tout d'abord, un aperçu de la littérature sur les ferrites d'oxyde de fer est donné. Ensuite, l'accent est mis sur les stratégies chimiques de synthèse des nanoparticules d'oxyde de fer en général, et plus spécifiquement des nanofleurs. Leurs propriétés physiques sont décrites, étant particulièrement pertinentes pour des applications en biomédecine. En second lieu, les micelles polymériques sont abordées, notamment celles synthétisées à partir du polymère polystyrène et de l'acide polyacrylique. Un aperçu de la biodégradabilité des nanoparticules d'oxyde de fer et des polymères plastiques est donné. En particulier, le rôle des ferroprotéines, telles que la ferritine, dans la dégradation des ferrites est présenté. Des résultats expérimentaux sur l'optimisation de la voie polyol pour les synthèses en vrac de nanofleurs d'oxyde de fer sont décrits. La taille et la forme du produit sont examinées par analyse de microscopie électronique à transmission (MET) et de scattering dynamique de la lumière (DLS), la concentration en fer total est mesurée par spectroscopie d'absorption atomique (AAS). La phase cristalline et la stœchiométrie sont déterminées respectivement par des analyses de diffraction des rayons X (XRD) et de spectroscopie de structure près du front d'absorption de rayons X (XANES). Les spectres UV-Vis sont mesurés et comparés aux simulations théoriques, montrant que la réponse optique des nanofleurs dépend de leur volume moyen. L'énergie de bande et d'Urbach (liée à la quantité de défauts dans le réseau) du nanocristal sont calculées. L'énergie d'Urbach est inversement proportionnelle à l'émission de fluorescence obtenue en excitant l'échantillon avec de la lumière UV et est directement liée à la valeur SLP et à l'efficacité en photothermie (PT) NIR. Des transitions discontinues d'une élevée efficacité à une faible efficacité en PT sont également observées, en raison de la présence accrue ou réduite de défauts à proximité de l'énergie limite d'Urbach de 0.4 eV. La synthèse microfluidique continue de nanofleurs enrobées par des micelles polymériques est optimisée. La taille et la forme du produit sont examinées par des mesures MET et DLS. On obtient des nanoparticules sphériques et de type Janus, dont la forme et la taille sont réglables en fonction du débit total imposé. Il s'avère que leur formation suit une loi double exponentielle. De plus, un temps de formation des noyaux peut être calculé théoriquement. Étant bien inférieur au temps le plus court dérivé du modèle double exponentiel, un mécanisme de synthèse de nucléation, croissance et agrégation est proposé. Les nombres de Reynolds et de Péclet calculés peuvent être associés à la transition de forme de l'objet, de sphérique à Janus. La spectroscopie UV-Vis est utilisée pour déterminer l'énergie d'Urbach du cristal, expliquant l'efficacité en PT NIR. Une comparaison entre les nanofleurs modifiées en surface et les nanofleurs nues permet de confirmer le double comportement en PT, déterminé uniquement par la quantité de défauts cristallins. Ensuite, l’empreinte physique telle que le moment d'aimantation est utilisée pour évaluer la dégradation des particules par des expériences de magnétométrie à échantillon vibrant (VSM). La VSM et la MET sont confirmées comme les méthodologies les plus appropriées et complémentaires pour suivre la biodégradation des nanoparticules. Alors que ces techniques indiquent une dégradation physique des particules et une perte parallèle d'aimantation, les performances en PT sont préservées, suggérant la présence de structures optiquement actives, même après une dégradation partielle des nanoparticules originales.