Caractérisation des propriétés catalytiques de nanoparticules d’or immobilisées - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Characterization of the catalytic properties of immobilized gold nanoparticles

Caractérisation des propriétés catalytiques de nanoparticules d’or immobilisées

Résumé

Gold nanoparticles (AuNP) present antioxidant, catalytic and antimicrobial activities. They also offer the ability to modulate their activity (size control, surface functionalization, association with other NP ...), making them extremely powerful tools. More recently, the pH-switchable ability of AuNP to mimic the activities of several enzymes (catalase, oxidase, peroxidase, SOD, etc.) has been discovered. AuNP are "nanozyme". Most of the studies on AuNP and their applications are based on colloidal NP. However, they have some limitations. On the one hand, they may precipitate in the reaction medium (pH, ionic strength, etc.). On the other hand, their removal from the reaction medium is often complex, costly, and leads to their precipitation, often limiting them to a single use.The immobilization of AuNP on surfaces is a solution to overcome these drawbacks. This method increases their stability and facilitates their removal from the reaction medium, leading to the possibility of reuse. Nevertheless, the immobilization of NP leads to a modification of their environment and therefore, to a potential modification of their properties. The aim of this work was to study the impact of AuNP immobilization on their catalytic, antioxidant and nanozyme activities, and to question the mechanism of action of this system.In this purpose, glass slides were nanostructured with AuNP (iAuNP) with a dip coating method. The nanostructured surfaces were characterized (plasmon resonance band, microscopies, quantification of immobilized AuNP). We investigated their antioxidant and catalytic properties. These properties were preserved after the immobilization step, but the kinetics were modified. This study also demonstrated the reusability of iAuNPs, which catalyzed the reduction of DPPH● to DPPH2 more than 20-times over a period of 130 days. These studies illustrated the ability of iAuNP to catalyze both oxidation and reduction reactions.IAuNP demonstrated their ability to mimic several enzymes (catalase, peroxidase, oxidase), under conditions leading to the precipitation of colloidal AuNP. Parameters influencing their activity have been investigated, and their use to catalyze cascade reactions has begun to be evaluated. Preliminary studies of their impact on bacteria led to the discovery of a proliferative effect on the growth of S. aureus.In conclusion, we developed a surface with great potential. The properties of iAuNP could be applied, for example, to the formation of innovative bioreactors. The future challenges of this work will be to optimize the surface reactivity, and to elucidate their mechanism of action.
Les nanoparticules d’or (AuNP) possèdent des activités antioxydantes, catalytiques, et antimicrobiennes. Elles offrent également de grandes possibilités de modulation de leur activité (contrôle de leur taille, fonctionnalisation de surface, association à d’autres NP, …) ce qui en font des outils au potentiel considérable. Récemment, la capacité des AuNP à mimer les activités de différentes enzymes (catalase, oxydase, peroxydase, SOD …) en fonction du pH a été découverte. On parle de « nanozyme ». La plupart des études s’intéressant aux AuNP et à leurs applications travaillent avec des NP colloïdales. Cependant, elles présentent quelques limites. D’une part, elles peuvent précipiter dans certains milieux réactionnels (pH, force ionique, …). D’autre part, leur retrait du milieu réactionnel est souvent complexe, onéreux, et conduit à leur précipitation, les limitant souvent à une utilisation unique.Une solution pour pallier cela est l’immobilisation des AuNP sur des surfaces. Cette méthode augmente leur stabilité et facilite leur retrait du milieu réactionnel, ouvrant la possibilité à leur réutilisation. Néanmoins, l’immobilisation de NP conduit à une modification de leur environnement et donc, potentiellement, à une modification de leurs propriétés. Ce travail a eu pour objectif d’étudier l’impact de l’immobilisation des AuNP sur leurs activités catalytiques, antioxydantes et nanozymes et de questionner le fonctionnement de ce système.Dans ce but, des lamelles de verre ont été nanostructurées par des AuNP (iAuNP) par une méthode par trempage. Les surfaces formées ont été caractérisées (bande plasmonique de résonnance, microscopies, quantification des AuNP immobilisées). Dans un premier temps nous avons recherché leurs propriétés antioxydantes et catalytiques. Ces dernières étaient conservées après l’immobilisation, mais avec une cinétique modifiée. Cette étude a également démontré la possibilité de réutiliser les iAuNP, qui ont catalysé plus de 20 fois la réduction du DPPH● en DPPH2 sur une période de 130 jours. Ces études ont illustré la capacité des iAuNP à catalyser à la fois des réactions d’oxydation et de réduction.Les iAuNP ont démontré une capacité à mimer plusieurs enzymes (catalase, peroxydase, oxydase), dans des conditions conduisant à la précipitation des AuNP colloïdales. Les paramètres influençant leur activité ont été recherchés et leur utilisation pour la catalyse de réaction en cascade a été partiellement évaluée. Des études préliminaires de leur impact sur les bactéries a conduit à la découverte d’un effet prolifératif sur la croissance de S. aureus.En conclusion, nous avons développé une surface présentant un grand potentiel et dont les propriétés pourraient être appliquées, par exemple, à la formation de bioréacteurs innovants. Un des enjeux futurs de ce travail, sera l’optimisation de l’activité de ces surfaces, et l’élucidation de leur mécanisme d’action.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04501546 , version 1 (12-03-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04501546 , version 1

Citer

Célia Boukoufi. Caractérisation des propriétés catalytiques de nanoparticules d’or immobilisées. Sciences pharmaceutiques. Université de Lorraine, 2023. Français. ⟨NNT : 2023LORR0155⟩. ⟨tel-04501546⟩
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