Academic literature on the topic 'Nanoparticules intelligentes'

L'INSA de TOULOUSE propose plusieurs parcours transverses pluridisciplinaires en année terminale de formation d'ingénieur. L'un d'eux porte sur l'innovation dans le domaine des technologies de l'internet des objets - Innovative Smart Systems. Les étudiants sont formés à l'innovation, au travers de cours et d'un projet semestriel sur les différentes phases de la démarche : la conception, la mise en oeuvre, la propriété intellectuelle et à la commercialisation d'un «système intelligent». Ainsi, une large part de l'enseignement est dédiée à un projet avec une partie pratique visant à construire un capteur chimique communiquant à base de nanoparticules élaborées par voie chimique. L'ensemble de la démarche d'innovation et le capteur sont présentés devant un jury composé d'industriels du secteur.

L’un des enjeux majeurs en nanomédecine est de développer des systèmes capables à la fois de permettre un diagnostic efficace et également de servir de plateforme thérapeutique pour combattre les infections et les neuro-dégénérescences. Dans cette optique, et afin d’améliorer la détection de tumeurs, des agents de contraste ont été développés dans le but d’augmenter le rapport signal sur bruit. Parmi ces agents, les nanoparticules (NPs) d’oxyde de fer superparamagnétiques (SPIOs) et les quantum dots (QDs) sont des candidats idéaux et ont reçu une grande attention depuis une vingtaine d’années. De surcroit, leurs propriétés spécifiques dues à leurs dimensions nanométriques et leurs formes permettent de moduler leur bio-distribution dans l’organisme. L’opportunité de revêtir ces NPs biocompatibles par des couches de polymères devraient permettre d’améliorer la stabilité de ces nanomatériaux dans l’organisme. Et par conséquent, favoriser leur biodistribution et également leur conférer de nouvelles applications en l’occurrence des applications biomédicales. Dans ce travail de thèse, nous avons développé de nouveaux systèmes thermo-répondant basés sur un cœur SPIOs ou QDs qui sont capables, à la fois, de transporter un principe actif anticancéreux, i.e. la doxorubicine (DOX) et de le relarguer dans le milieu physiologique à une température contrôlée. Deux familles de NPs ont été synthétisées. La première concerne des NPs de Fe3O4 SPIO qui ont été modifiées en surface par un copolymère thermorépondant biocompatible à base de 2-(2-methoxy) méthacrylate d’éthyle (MEO2MA), oligo (éthylène glycol) méthacrylate (OEGMA). La seconde famille, consiste en des NPs de ZnO recouverte du même copolymère. Pour la première fois, le copolymère de type P(MEO2MAX-OEGMA100-X) a été polymérisé par activateur-régénéré par transfert d’électron-polymérisation radicalaire par transfert d’atome (ARGET-ATRP). La polymérisation et copolymérisation ont été initiées à partir de la surface. Les NPs cœur/coquilles ont été caractérisées par microscopie électronique à transmission (TEM), analyse thermogravimétrique (TGA), etc. Nous avons montré que l’efficacité du procédé ARGET-ATRP pour modifier les surfaces des NPs de SiO2, Fe3O4 et de ZnO. L’influence de la configuration de la chaîne de copolymère et des propriétés interfaciales avec le solvant ou le milieu biologique en fonction de la température a été étudiée. Nous avons montré que les propriétés magnétiques des systèmes coeur/coquilles à base de Fe3O4 ne sont influencées que par la quantité de polymère greffée contrairement au QDs qui vient leur propriété optique réduire au-delà de la température de transition. Ce procédé simple et rapide que nous avons développé est efficace pour le greffage de nombreux copolymères à partir de surfaces de chimie différentes. Les expériences de largage et relarguage d’un molécule modèle telle que la DOX ont montré que ces nanosystèmes sont capables de relarguer la DOX à une température bien contrôlée, à la fois dans l’eau que dans des milieux complexes tels que les milieux biologique. De plus, les tests de cytocompatibilité ont montré que les NPs coeur/coquilles ne sont pas cytotoxiques en fonction de leur concentration dans le milieu biologique. A partir de nos résultats, il apparaît que ces nouveaux nanomatériaux pourront être envisagés comme une plateforme prometteuse pour le traitement du cancer
One of the major challenges in nanomedicine is to develop nanoparticulate systems able to serve as efficient diagnostic and/or therapeutic tools against sever diseases, such as infectious or neurodegenerative disorders. To enhance the detection and interpretation contrast agents were developed to increase the signal/noise ratio. Among them, Superparamagnetic Iron Oxide (SPIO) and Quantum Dots (QDs) nanoparticles (NPs) have received a great attention since their development as a liver contrasting agent 20 years ago for the SPIO. Furthermore, their properties, originating from the nanosized dimension and shape, allow different bio-distribution and opportunities beyond the conventional chemical imaging agents. The opportunity to coat those biocompatible NPs by a polymer shell that can ensure a better stability of the materials in the body, enhance their bio-distribution and give them new functionalities. It has appeared then that they are very challenging for medicinal applications. In this work, we have developed new responsive SPIO and QDs based NPs that are able to carry the anticancer drug doxorubicin (DOX) and release it in physiological media and at the physiological temperature. Two families of NPs were synthesized, the first one consist in superparamagnetic Fe3O4 NPs that were functionalized by a biocompatible responsive copolymer based on 2-(2-methoxy) ethyl methacrylate (MEO2MA), oligo (ethylene glycol) methacrylate (OEGMA). The second family consists in the ZnO NPs coated by the same copolymer. For the first time, P(MEO2MAX-OEGMA100-X) was grown by activator regenerated by electron transfer–atom radical polymerization (ARGET-ATRP) from the NPs surfaces by surface-initiated polymerization. The core/shell NPs were fully characterized by the combination of transmission electron microscopy (TEM), thermogravimetric analysis (TGA), and by the physical properties of the nanostructures studied. We demonstrate the efficiency of the ARGET-ATRP process to graft polymers and copolymers at the surface of Fe3O4 and ZnO NPs. The influence of the polymer chain configuration (which leads to the aggregation of the NPs above the collapse temperature of the copolymer (LCST)) was studied. We have demonstrated that the magnetic properties of the core/shell Fe3O4-based nanostructures were only influenced by the amount of the grafted polymer and no influence of the aggregation was evidenced. This simple and fast developed process is efficient for the grafting of various co-polymers from any surfaces and the derived nanostructured materials display the combination of the physical properties of the core and the macromolecular behavior of the shell. The drug release experiments confirmed that DOX was largely released above the co-polymer LCST. Moreover, the cytocompatibility test showed that those developed NPs do not display any cytotoxicity depending on their concentration in physiological media. From the results obtained, it can be concluded that the new nanomaterials developed can be considered for further use as multi-modal cancer therapy tools

Les nanoparticules noyau/coquille offrent des applications prometteuses en nanomédecine en raison de leur multifonctionnalité. Une attention particulière a été accordée aux nanoparticules d'oxyde de fer superparamagnétique (SPION) type cœur/coquille pour le traitement ciblé du cancer. La conception des nanoparticules développées dans ce travail de thèse est basée sur la polymérisation contrôlée initiée en surface de monomères à la surface d'un noyau à base d'oxyde de fer. Ces nouveaux nanomatériaux peuvent tirer parti des propriétés physiques du noyau et des propriétés macromoléculaires de l'enveloppe réactive (un copolymère réactif a été développé à partir de notre procédé). Ces nanomatériaux intelligents sont alors capables de transporter un médicament anticancéreux et de le délivrer à température contrôlée dans l'environnement physiologique à proximité du site tumoral. Les nanomatériaux finaux peuvent alors combiner hyperthermie et chimiothérapie. Dans ce travail, différentes tailles de nanoparticules cœur/coquille d'oxyde de fer dopées au zinc et au manganèse (Zn0.4Fe2.6 O4 @ MnFe2O4) avec une morphologie cubique ont été synthétisées par décomposition thermique et fonctionnalisées par un copolymère thermosensible à base de (2-(méthoxy éthoxy )méthacrylate d'éthyle/méthacrylate d'éthylène glycol (MEO2MA/OEGMA)). Pour induire le ciblage du cancer et l'internalisation des nanoparticules vers les cellules cancéreuses, les nanoparticules synthétisées ont été fonctionnalisées avec de l'acide folique, puisque ces cellules surexpriment les récepteurs qui se lient au folate α3. Dans ce travail nous présenterons nos résultats récents sur les nouveaux nanomatériaux que nous développons et leur caractérisation complète
Core/shell nanoparticles offer promising applications in nanomedicine due to their multifunctionality. Particular attention has been given to superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) core/shell type for the targeted treatment of cancer. The design of the nanoparticles developed in this thesis work is based on the surface-initiated controlled polymerization of monomers of an iron oxide-based core. These new nanomaterials can take advantage of the physical properties of the core and the macromolecular properties of the reactive envelope (a reactive potential has been developed from our process). These smart nanomaterials are then able to transport an anti-cancer drug and deliver it at a controlled temperature in the physiological environment near the tumor site. The final nanomaterials can then combine hyperthermia and chemotherapy. In this work, various sizes of core/shell nanoparticles of iron oxide doped with zinc and manganese (Zn0.4Fe2.6 O4 @ MnFe2O4 ) with a cubic morphology were synthesized by thermal decomposition and functionalized by a heat-sensitive associate based on of (2-(methoxy ethoxy)ethyl methacrylate/ethylene glycol methacrylate (MEO2MA/OEGMA)). To induce cancer targeting and internalization of nanoparticles to cancer cells, the synthesized nanoparticles were functionalized with folic acid, since these cells overexpress receptors that bind folate α3. In this work, we present our recent results on the new nanomaterials we develop and their complete characterizations

L'objectif principal de ces travaux de thèse est de développer des modèles membranaires biomimétiques pour la reconstitution et l'étude d'interactions protéine/membrane. Dans ce but, deux approches sont adoptées : l'une mettant en œuvre une plateforme basée sur des nanoparticules de silice/Au recouvertes de lipides et l'autre comprenant la formation de bicouches lipidiques découplées d'un support solide d'or. Dans la première approche, nous avons synthétisé des particules de silice de taille nanométrique contenant des grains d'or inclus dans la matrice silicique. Ces nanoparticules sont ensuite recouvertes par différents phospholipides. Les propriétés plasmoniques acquises grâce aux grains d'or sont caractérisées puis utilisées pour suivre l'interaction avec les lipides et/ou les protéines. Le suivi de ces interactions est également visualisé par analyse de la mobilité électrophorétique des particules. La deuxième stratégie développée, consiste à assembler un système membranaire sur une surface solide d'or. Dans un premier temps, une couche de calmoduline est liée à la surface de manière stable. Dans un deuxième temps, une bicouche est formée au-dessus de la couche de calmoduline par deux méthodes. La première méthode consiste à ancrer la bicouche directement sur la couche de protéine par un mécanisme faisant intervenir des lipides chélateurs. Alors que dans la deuxième méthode les lipides sont liés à la surface et découplés grâce à l'utilisation d'une surface d'or modifiée par de la cystéamine et à des lipides fonctionnalisés. L'ancrage est assuré par des groupements succinimidyl et le découplage par des polymères de polyéthylène glycol porté sur un même lipide. Dans les deux stratégies, un réservoir sub-membranaire est créé entre la bicouche étanche et le support. Le suivi des constructions moléculaires est réalisé par résonance plasmonique de surface et analyse du retour de fluorescence. De plus le système est implémenté par des électrodes afin d'étudier l'effet d'application de potentiel sur la bicouche. Après caractérisation, le modèle membranaire est validé par la reconstitution de la translocation de la toxine CyaA de Bordetella pertussis. Cette protéine dispose en effet d'un mécanisme d'internalisation singulier qui permet d'explorer tout le potentiel de notre modèle membranaire
The main objective of this work is to develop biomimetic membrane models for the reconstitution and study of protein/membrane interaction. Two devices were designed: one operate a nanometric platform composed of phospholipids coated lipid silica/Au nanoparticles, while the other including tethered lipid bilayer reconstitution on a gold surface. The first approach needs the synthesis of nanometer sized gold/silica particles and that are subsequently coated with different phospholipids. The plasmonic properties provided by gold seeds are characterized and they are of utility to follow the interaction between lipids and/or proteins at the surface. Following of these interactions was also realized with electrophoretic mobility analysis. The second biomimetic device involves a membrane assembly on a gold surface. In a first time, a calmodulin layer is bound on the surface. In a second time, a lipid bilayer is assembled above the calmodulin layer by two approaches. In the first approach the lipid bilayer is anchored on the protein layer with chelators lipid and His-Tag bearing by the proteins. While, in the second approach, lipids are bound on the surface and tethered with the use of a cysteamin modified gold surface and functionalized lipids. The anchorage is realized by succinimidyl group and the tethering by polyethylene glycol group wearing by one kind of lipid. A sub-membrane reservoir is created under the lipid bilayer. The biomimetic model formation was followed by plasmonic resonance and fluorescence recovery after photobleaching. After their characterization the tethered model is validated by reconstitution of a particular mechanism: the CyaA toxin from Bordetella pertussis translocation

Les biofilms bactériens sont composés d’organismes unicellulaires vivants au sein d’une matrice protectrice, formée de macromolécules naturelles. Des biofilms non désirés peuvent avoir un certain nombre de conséquences néfastes, par exemple la diminution du transfert de chaleur dans les échangeurs de chaleurs, l’obstruction de membranes poreuses, la contamination des surfaces coques de navires, etc. Par ailleurs, les bactéries pathogènes qui prolifèrent dans un biofilm posent également un danger pour la santé s’ils croissent sur des surfaces médicales synthétiques comme des implants biomédicaux, cathéters ou des lentilles de vue. De plus, la croissance sur le tissu naturel par certaines souches des bactéries peut être fatale, comme Pseudomonas aeruginosa dans les poumons. Cependant, la présence de biofilms reste difficile à traiter, car les bactéries sont protégées par une matrice extracellulaire. Pour tenter de remédier à ces problèmes, nous proposons de développer une surface antisalissure (antifouling) qui libère sur demande des agents antimicrobiens. La proximité et la disposition du système de relargage placé sous le biofilm, assureront une utilisation plus efficace des molécules antimicrobiennes et minimiseront les effets secondaires de ces dernières. Pour ce faire, nous envisageons l’utilisation d’une couche de particules de silice mésoporeuses comme agents de livraison d’agents antimicrobiens. Les nanoparticules de silice mésoporeuses (MSNs) ont démontré un fort potentiel pour la livraison ciblée d’agents thérapeutiques et bioactifs. Leur utilisation en nano médecine découle de leurs propriétés de porosité intéressantes, de la taille et de la forme ajustable de ces particules, de la chimie de leur surface et leur biocompatibilité. Ces propriétés offrent une flexibilité pour diverses applications. De plus, il est possible de les charger avec différentes molécules ou biomolécules (de tailles variées, allant de l’ibuprofène à l’ARN) et d’exercer un contrôle précis des paramètres d’adsorption et des cinétiques de relargage (désorption). Mots Clés : biofilms, nanoparticules de silice mésoporeuses, microfluidique, surface antisalissure.
Bacterial biofilms are composed of single-cell organisms living within a protective matrix formed from natural macromolecules. Unwanted biofilms may have a number of adverse consequences such as reducing heat transfer in heat exchangers, obstruction of porous membranes, surface contamination ships hulls etc. In addition, pathogenic bacteria growing in a biofilm also pose a health hazard when this kind of film is found attached to biomedical implants, catheters, or on contact lenses. The presence of biofilms is difficult to treat because the bacteria are highly resistant to antimicrobial agents. In an attempt to address these problems, we propose to develop an antifouling surface which releases on demand antimicrobial agents in the presence of a biofilm. The proximity and the positioning of the delivery system of bioactive agents under the biofilm will ensure a more efficient use of antimicrobial molecules and minimize side effects of the latter. To do this, we consider the use of layers of colloidal particles of meso-porous silica as delivery agents of antimicrobial agents. Mesoporous silica nanoparticles (NPS Ms) have demonstrated a strong potential for targeted delivery of therapeutic and bioactive agents. Their use in nanomedicine stems from their interesting properties of porosity, the size and the adjustable shape of these particles, their surface chemistry providing a great flexibility for various functionalizations. Moreover, it is possible to load them with various molecules or biomolecules (of various sizes, ranging from ibuprofen to RNA), and exert fine control of the adsorption parameters and release kinetics (desorption). These particles also demonstrate excellent biocompatibility in vitro and in vivo. Keywords : biofilm, mesoporous nanosilica particles, microfluidics, antifouling surfaces.

L’oxyde de zinc dopé de type n est un excellent candidat pour la réalisation de films transparents et isolants thermiques grâce à ses propriétés d’absorption et de réflexion limitées aux domaines UV et IR. La synthèse en milieu polyol de particules nanostructurées d’oxyde de zinc dopé par du gallium a été utilisée afin de maîtriser la morphologie des cristallites. Il a été démontré expérimentalement et théoriquement que le maximum d’efficacité d’absorption IR est atteint pour un taux de dopant de 2,6 % molaire. Des suspensions de haute transmission dans le visible et absorption infrarouge significative ont été obtenues par l’encapsulation des particules avec un matériau fluoré d’indice de réfraction intermédiaire entre l’oxyde et le milieu dispersant, ainsi que par l’optimisation de l’état de dispersion de suspensions colloïdales grâce à l’adsorption de thioalcanes en surface des cristallites de ZnO dopés
Thanks to its absorption / reflexion properties limited to the UV and the IR range, n-doped zinc oxide is a promising candidate for the elaboration of transparent and insulating films in smart windows. Nanostructured particles of Ga-doped zinc oxide were elaborated by polyol process. Polyol process was used in order to control the size and the morphology of the particles. Both experimental and theoretical data show that a maximum of IR absorption efficiency is obtained for a doping rate of 2.6 molar percent. Colloidal suspensions with high transmission in the visible range combined with significant absorption of the near infrared range were obtained using two strategies. The first one is the encapsulation of the Ga-doped ZnO particles by a fluoride shells with an intermediate refractive index between ZnO and the dispersion medium. The second one is the optimization of the dispersion state of nano-colloidal suspensions thanks to the adsorption of thioalkanes on the Ga-doped ZnO crystallite surfaces

Abstract Evidence of catastrophic choke failure in a few hours, when deployed downstream of wellhead, upstream of cyclonic sand traps, constrains operators on placement to protect mission critical expensive production equipment. This potentially leads to exposure of site personnel to high pressures and temperatures when dumping sand, and the frequent replacement of chokes due to high velocity sand erosion. To increase mean time between failures (MTBF) of the components discussed above, a multi prong approach is warranted with intelligent design changes to made to overcome these frequent failures. Design reviews with operators and end customers, including root cause failure analysis, have helped resolve part of underlying problems. With the advent of bulk nanomaterials, abrasion resistant nanocomposites with tailored properties: strength, modulus thus apposite hardness, abrasion aka erosion resistance, and fracture toughness surpassing properties of commercial cemented carbides have been proposed as a key alternate to help bridge this challenging technology gap. For extreme wear, we have adapted a powder metallurgy approach. Here we present, the design of nanocomposites wherein the base material may be a combination of ultra-hard, heavy nanoparticulates having multi nanophase inclusions with grain size varying between 100 nm to submicron grains (800 nm), coated Polycrystalline Diamond (PCD) to prevent graphitization during consolidation abetted by high pressures and temperatures and Cubic Boron Nitride (CBN). Salient American Society for Testing and Materials (ASTM) G65 standard abrasion tests on bulk solids have shown superior performance up to ten fold (10X) improvement over High Velocity Oxygen Fuel (HVOF) Tungsten carbide (WC) coatings and overlays and a two- to five- fold (2 to 5X) improvement over traditional bulk WC*. The rationale for the predicted high erosion resistance of the abrasion resistant nanocomposite (ARn-C) sample in the ASTM G65 test is due to the defect free sintered carbide with proprietary High Entropy Alloy/Bulk Metallic Glass (HEA/BMG) binders at elevated consolidation temperatures, under pressure. The first embodiment, a choke bean for high pressure gas well, was deployed and field trials performed in H2 2023, wherein venturi choke beans survived placement downstream of wellhead in aggressive field trials and outperformed commercial counterparts. 24/64 and 32/64 venturi choke beans were introduced alongside their commercial counterparts in the field. Our unique design intelligently places vena-contracta, where maximum velocity (and lowest pressure) is evident, away from metallic outer sleeve of choke bean, unlike the conventional design. This is one of the rationale, designed venturi choke bean survived days of flow in an extreme abrasive stream, while conventional bean failed in a few hours. Multiple designs of choke beans are now matured, embodiments manufactured and awaiting final field trials before commercialization. ASTM G65 tests, Computational Fluid Dynamics (CFD) and field trials have allowed us calibrate erosion profile of ARn-C, optimize the design, include eddy breakers and deflector in the venturi exhaust to tailor flow. One of many designs is a superior, however economized offering to participate in current competitive landscape. The focus of our paper is detailing a structured engineering approach to develop a solution for choke beans while outlining other technology gaps to be bridged using ARn-C. Re-design choke beans offers significantly increased operating life and lower MTBF. Nanocomposites stemming from a metal-matrix, polymeric or a combination thereof or an agglomeration of nanocrystalline particulates exhibiting novel properties are unique. Designed venturi choke bean allows 5 to 15% increase flow compared to conventional commercial choke bean due to its efficient venturi design. *Patents-Pending.