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Héparan Sulfate (HS) is a linear polysaccharide that modulates the biological activities of numerous proteins. In order to elucidate the interaction between HS and proteins, the synthesis of HS is an invaluable tool, but the synthesis is sometimes difficult. Our group has demonstrated that the combinatorial mixtures obtained by self-assembly of different combinations of disaccharide derivatives (lactose and persulfated lactose) on gold plan surfaces could recognize specifically some HS binding proteins, such as the isoforms of the chemokine CXCL12 or IFNγ. Because of the toxicity of gold nanoparticles, we have also adapted this method to lipid nanoparticles. Using the conditions that have already improved during the synthesis of lactose and persulfated lactose derivatives, we have synthesized two other disaccharide derivatives, which were closer to the real structure of HS. These new derivatives were used to prepare the gold and lipid nanoparticles at the aim of comparing the properties with lactose and persulfated lactose. The tests of affinities with different proteins are in progress.; L'Héparane Sulfate (HS), un polysaccharide linéaire, module les activités biologiques de nombreuses protéines. Afin d'élucider les interactions entre l'HS et les protéines, la synthèse chimique d'HS est un outil précieux, mais elle peut être difficile. Notre équipe a montré que des mélanges combinatoires obtenus par auto-assemblage de différentes combinaisons de dérivés disaccharidiques (lactose et lactose persulfaté) sur surfaces planes d'or peuvent reconnaître spécifiquement certaines protéines se liant à l'HS, telles que les isoformes de la chimiokine CXCL12 ou IFNγ. Avec ces dérivés, nous avons réalisé un auto-assemblage sur des nanoparticules d'or. Mais à cause de la toxicité des nanoparticules d'or, nous avons aussi adapté cette méthode à des nanoparticules lipidiques. En utilisant les conditions qui ont déjà été améliorées pendant la synthèse des dérivés lactose et lactose persulfaté, nous avons préparé deux autres dérivés disaccharidiques plus proches de la structure réelle d'HS. Ces nouveaux dérivés sont utilisés pour réaliser des nanoparticules d'or et nanoparticules lipidiques afin de comparer les propriétés avec les lactose et lactose persulfaté. Les tests d'affinité avec différentes protéines sont en cours de réalisation.

Nanochemistry and self-assembly are promising ways to fabricate nanostructured materials with innovative optical properties in visible light. In this work, anisotropic plasmonic nanocomposites are formulated by selectively introducing metallic nanoparticles in ordered phases of symmetric dibloc copolymers with different strategies. For the strategy of post-incorporation, pre-synthesized gold nanoparticles in aqueous medium are selectively introduced in pre-ordered phases of an amphiphilic dibloc copolymer. Direct incorporation consists in mixing pre-synthesized gold nanoparticles and dibloc copolymer in a common solvent. In situ synthesis of nanoparticles consists in reducing metallic precursors previously introduced in one of two blocks of a copolymer via a reduction step. The influence of the size and the volume fraction of gold nanoparticles on the nanostructure and the optical properties of the nanocomposite films have been particularly studied. Morphology of macroscopic films is studied by transmission electron microscopy and small angle X-ray scattering. The nanocomposite thin films are structurally characterized by force atomic microscopy, transmission electron microscopy and X-ray reflectivity. The optical indices obtained by spectroscopic ellipsometry can be described with Maxwell-Garnett models, which can take into account phenomenologically the effects of coupling between gold nanoparticles.; La nanochimie et l'auto-assemblage sont des voies prometteuses de fabrication de matériaux nanostructurés aux propriétés optiques innovantes dans le domaine visible. Dans cette étude, des nanocomposites plasmoniques anisotropes sont formulés en introduisant sélectivement des nanoparticules métalliques dans des phases ordonnées de copolymères diblocs symétriques selon différentes stratégies d'incorporation. Pour la stratégie de post-incorporation, des nanoparticules d'or présynthétisées en milieu aqueux sont introduites sélectivement dans des phases pré-ordonnées d'un copolymère dibloc amphiphile. L'incorporation directe consiste à mélanger des nanoparticules d'or présynthétisées et un copolymère dibloc dans un solvant commun. La synthèse in situ de nanoparticules consiste à réduire des précurseurs métalliques préalablement introduits dans un des deux blocs d'un copolymère via une étape de réduction. Nous étudions, en particulier, comment la taille des nanoparticules d'or et leur fraction volumique influencent la nanostructure et les propriétés optiques de ces films nanocomposites. La morphologie des films macroscopiques est étudiée par microscopie électronique à transmission et diffusion des rayons X aux petits angles. Les films minces de nanocomposites sont caractérisés structurellement par microscopie à force atomique, microscopie électronique à transmission et réflectivité des rayons X. Les indices optiques déterminés par ellipsométrie spectroscopique peuvent être décrits par un modèle de Maxwell-Garnett, prenant éventuellement en compte de façon phénoménologique les effets de couplage entre nanoparticules d'or.

The purpose of this work is to develop a methodology based on the control of interactions at substrate/deposited material interfaces in order to achieve well-defined structures at the nanoscale (nanostructuration). In particular, silane molecules were grafted onto planar substrates to adjust the physico-chemical interactions in order to consequently control block copolymers / gold nanoparticles self-assemblies. The first part describes the experimental set-up developed to graft alkyl silanes through vapor phase strategy. The modification can be finely tuned such that homogeneously or gradually functionalized surfaces with either one or two silanes (or- or two-component substrate, respectively) are obtained. The versatility and simplicity of our process were demonstrated by wettability measurements, X-ray photoelectron spectroscopy and microscopic analysis (AFM) performed on these different surfaces. The second part points out the influence of grafting density and polarity on block copolymers self-assembly. PS-b-PMMA films were first used. With using homogeneously-modified substrates, it has been demonstrated that block copolymers self-assembly depends on substrate surface chemistry, and different cases (dewetting, wetting, parallel or perpendicular orientation of nanodomains) were achieved as a function of the grafting density of silanes on the substrate. Using gradually-modified surface, these different nanostructures were obtained on one unique sample. Moreover, by using appropriate deposition conditions with another block copolymer (PS-b-PI), well-oriented nanostructured films were obtained without pre-functionalization or annealing, regardless of film thickness. In the third part influence of surface chemistry on gold nanoparticles deposited through capillary/convective assembly is investigated and characterized by dark field microscopy. The careful selection of silane in conjunction with appropriate grafting density are adjusted in order to emphasize the impact of these parameters on the assembly process and therefore on the surface nanostructures. This study demonstrates that the control of interfacial interactions dictates the self-assembly of organic or inorganic materials deposited on a planar substrate., La génération de surfaces présentant des nanostructurations de surface variées et modulables est l’objectif principal de ce travail. L’auto-assemblage de copolymères à bloc ou de nanoparticules d’or a été privilégié, et nécessite pour se faire de moduler finement les interactions aux interfaces substrat/ matériaux déposés. Dans une première partie, un dispositif expérimental de greffage de silane alkyle en voie vapeur est décrit. Cette technique de greffage permet d’aboutir à des surfaces fonctionnalisées soit de façon homogène, soit de façon graduelle et ce, avec un ou deux silanes (substrat respectivement mono ou bi-composant). La robustesse, la simplicité et la flexibilité de notre procédé ont été démontrés par des caractérisations physico-chimique (mesure des propriétés de mouillabilité), chimique (spectroscopie de photoélectrons X) ainsi que par analyse topographique (microscopie à force atomique). Dans une deuxième partie, l’influence des interactions aux interfaces substrat / film sur l’auto-assemblage de copolymères à bloc PS-b-PMMA a été mise en évidence par AFM. A partir des substrats de silicium homogènes en énergie de surface, il a été possible de moduler la nanostructuration sur différents échantillons et à partir des surfaces fonctionnalisées graduellement, cette variation de nanostructuration a pu être obtenue sur un même substrat. Par l’utilisation de copolymère à bloc PS-b-PI, il est par ailleurs possible de générer des films nanostructurés sans préfonctionnalisation du substrat, sans recuit et ce quelle que soit l’épaisseur du film. Dans une troisième partie, l’influence des interactions aux interfaces sur l’assemblage capillaire/convectif dirigé de nanoparticules d’or a été démontré par microscopie à champ sombre. La nature chimique et la densité de greffage des silanes ainsi que la dimension des échantillons ont été modulées pour mettre en évidence le rôle de ces paramètres sur l’assemblage de ces particules. Cette étude montre que les interactions aux interfaces contrôlent l’assemblage des entités chimiques organiques et inorganiques et donc la nanostructuration de surface qui en résulte.

International audience; Certaines tumeurs résistantes, comme les gliomes de haut grade, sont encore incurables avec les moyens actuels de traitement. Une approche thérapeutique innovante utilisant l'adjonction d'éléments de Z élevé à la radiothérapie, semble offrir une voie prometteuse, en particulier en utilisant un rayonnement synchrotron. Cependant les dommages radiologiques dus à la présence de ces éléments sont mal connus. Mon travail porte sur l'étude, par simulation Monte Carlo, de l'interaction rayons X - nanoparticules d'or à une échelle micrométrique afin d'approfondir les connaissances concernant les processus physiques mis en jeu dans ce type d'approche.

Fluctuation Correlation Spectroscopy has been used to characterize the optical response of molecules and individual gold nanobeads, in solution. The latter are functionalized or not, and are aimed to be used as new biochemical nanoprobes. All the experiments were carried on an optimized confocal or/and biphotonic microscope in order to detect very weak signals. Several filtering procedures of the fluorescence signal and correlation calculation algorithms were used to precisely analyze the data. I show that the impulsional tensorial response of the microscope has to be taken into account to fit the correlation curves of particles with an anisotropic emission diagram. I have studied three different kinds of nanoprobe. I have proved that fluctuation correlation spectroscopy can be used to characterize fluorescent calcium probes such as Oregon Green Bapta 5N. I have also pointed out the limits of the method. I have enlightened and characterized an unexpected anisotropy of the two photon absorption and emission of the photoluminescence of gold nanospheres. Its interpretation stresses out the importance of the surface states and of the dynamics of the ligands. I have also studied nanoprobes made of a gold nanobead functionalized with chromophores. An original method, based on the hybrid nature of the probe, has been used to demonstrate the heterogeneity of such systems, fluorophore aggregates formation and the very strong quenching of the fluorescence of the chromophores linked to the gold nanoparticles.; La spectroscopie de corrélation de fluctuation a été utilisée pour étudier la réponse optique, en solution, de molécules et de billes d'or nanométriques individuelles, fonctionnalisées ou non, en vue du développement de nouvelles sondes biochimiques. Les expériences réalisées s'appuient sur un système de microscopie confocale et/ou biphotonique optimisé pour la détection de faibles signaux. Plusieurs procédés de filtrage du signal de fluorescence et d'algorithmes de calcul de la corrélation ont permis une analyse détaillée des signaux acquis. A travers un modèle original, je montre qu'il faut tenir compte de la réponse impulsionnelle tensorielle du microscope lors de l'ajustement des courbes de corrélation de particules ayant un diagramme d'émission anisotrope. Je me suis intéressé à trois types de nanosondes différentes. J'ai montré que l'on peut caractériser efficacement des sondes calciques comme l'Oregon Green Bapta 5N par spectroscopie de corrélation de fluctuations tout en pointant les limites de la méthode. J'ai ensuite mis en évidence et caractérisé une anisotropie inattendue de l'absorption à deux photons et de l'émission de photoluminescence de nanosphères d'or. Son interprétation montre l'importance du rôle des états de surface et de celui des ligands et de leur dynamique. J'ai aussi caractérisé des nanosondes formées de particule d'or fonctionnalisées avec des chromophores. Une technique originale s'appuyant sur la nature hybride de la sonde, m'a permis de démontrer l'hétérogénéité de ces systèmes, la formation d'agrégats de fluorophores et la très forte annihilation de la fluorescence des chromophores liés aux particules d'or.

Fluctuation Correlation Spectroscopy has been used to characterize the optical response of molecules and individual gold nanobeads, in solution. The latter are functionalized or not, and are aimed to be used as new biochemical nanoprobes. All the experiments were carried on an optimized confocal or/and biphotonic microscope in order to detect very weak signals. Several filtering procedures of the fluorescence signal and correlation calculation algorithms were used to precisely analyze the data. I show that the impulsional tensorial response of the microscope has to be taken into account to fit the correlation curves of particles with an anisotropic emission diagram. I have studied three different kinds of nanoprobe. I have proved that fluctuation correlation spectroscopy can be used to characterize fluorescent calcium probes such as Oregon Green Bapta 5N. I have also pointed out the limits of the method. I have enlightened and characterized an unexpected anisotropy of the two photon absorption and emission of the photoluminescence of gold nanospheres. Its interpretation stresses out the importance of the surface states and of the dynamics of the ligands. I have also studied nanoprobes made of a gold nanobead functionalized with chromophores. An original method, based on the hybrid nature of the probe, has been used to demonstrate the heterogeneity of such systems, fluorophore aggregates formation and the very strong quenching of the fluorescence of the chromophores linked to the gold nanoparticles., La spectroscopie de corrélation de fluctuation a été utilisée pour étudier la réponse optique, en solution, de molécules et de billes d'or nanométriques individuelles, fonctionnalisées ou non, en vue du développement de nouvelles sondes biochimiques. Les expériences réalisées s'appuient sur un système de microscopie confocale et/ou biphotonique optimisé pour la détection de faibles signaux. Plusieurs procédés de filtrage du signal de fluorescence et d'algorithmes de calcul de la corrélation ont permis une analyse détaillée des signaux acquis. A travers un modèle original, je montre qu'il faut tenir compte de la réponse impulsionnelle tensorielle du microscope lors de l'ajustement des courbes de corrélation de particules ayant un diagramme d'émission anisotrope. Je me suis intéressé à trois types de nanosondes différentes. J'ai montré que l'on peut caractériser efficacement des sondes calciques comme l'Oregon Green Bapta 5N par spectroscopie de corrélation de fluctuations tout en pointant les limites de la méthode. J'ai ensuite mis en évidence et caractérisé une anisotropie inattendue de l'absorption à deux photons et de l'émission de photoluminescence de nanosphères d'or. Son interprétation montre l'importance du rôle des états de surface et de celui des ligands et de leur dynamique. J'ai aussi caractérisé des nanosondes formées de particule d'or fonctionnalisées avec des chromophores. Une technique originale s'appuyant sur la nature hybride de la sonde, m'a permis de démontrer l'hétérogénéité de ces systèmes, la formation d'agrégats de fluorophores et la très forte annihilation de la fluorescence des chromophores liés aux particules d'or.

Nanochemistry and self-assembly are promising ways to fabricate nanostructured materials with innovative optical properties in visible light. In this work, anisotropic plasmonic nanocomposites are formulated by selectively introducing metallic nanoparticles in ordered phases of symmetric dibloc copolymers with different strategies. For the strategy of post-incorporation, pre-synthesized gold nanoparticles in aqueous medium are selectively introduced in pre-ordered phases of an amphiphilic dibloc copolymer. Direct incorporation consists in mixing pre-synthesized gold nanoparticles and dibloc copolymer in a common solvent. In situ synthesis of nanoparticles consists in reducing metallic precursors previously introduced in one of two blocks of a copolymer via a reduction step. The influence of the size and the volume fraction of gold nanoparticles on the nanostructure and the optical properties of the nanocomposite films have been particularly studied. Morphology of macroscopic films is studied by transmission electron microscopy and small angle X-ray scattering. The nanocomposite thin films are structurally characterized by force atomic microscopy, transmission electron microscopy and X-ray reflectivity. The optical indices obtained by spectroscopic ellipsometry can be described with Maxwell-Garnett models, which can take into account phenomenologically the effects of coupling between gold nanoparticles., La nanochimie et l'auto-assemblage sont des voies prometteuses de fabrication de matériaux nanostructurés aux propriétés optiques innovantes dans le domaine visible. Dans cette étude, des nanocomposites plasmoniques anisotropes sont formulés en introduisant sélectivement des nanoparticules métalliques dans des phases ordonnées de copolymères diblocs symétriques selon différentes stratégies d'incorporation. Pour la stratégie de post-incorporation, des nanoparticules d'or présynthétisées en milieu aqueux sont introduites sélectivement dans des phases pré-ordonnées d'un copolymère dibloc amphiphile. L'incorporation directe consiste à mélanger des nanoparticules d'or présynthétisées et un copolymère dibloc dans un solvant commun. La synthèse in situ de nanoparticules consiste à réduire des précurseurs métalliques préalablement introduits dans un des deux blocs d'un copolymère via une étape de réduction. Nous étudions, en particulier, comment la taille des nanoparticules d'or et leur fraction volumique influencent la nanostructure et les propriétés optiques de ces films nanocomposites. La morphologie des films macroscopiques est étudiée par microscopie électronique à transmission et diffusion des rayons X aux petits angles. Les films minces de nanocomposites sont caractérisés structurellement par microscopie à force atomique, microscopie électronique à transmission et réflectivité des rayons X. Les indices optiques déterminés par ellipsométrie spectroscopique peuvent être décrits par un modèle de Maxwell-Garnett, prenant éventuellement en compte de façon phénoménologique les effets de couplage entre nanoparticules d'or.