Equipe SML

Nous nous intéressons à plusieurs classes de nanomatériaux, inorganiques et organiques (nanoparticules d’oxyde de fer, or, carbone, etc.) dont les excellentes propriétés physiques et chimiques, ainsi que leur faible toxicité, permettent de les exploiter dans une grande variété d’applications. La fonctionnalisation de ces nanomatériaux augmente leur efficacité et leur spécificité. Nous nous concentrons sur leur caractérisation et leur application pour la bio-imagerie, la thérapie thermique (photothermie et hyperthermie magnétique), l’administration de médicaments, le ciblage, la détection, l’extraction de métaux lourds, la moisson magnétique, etc. En associant chimie, physique et sciences du vivant, notre équipe s’engage à développer des solutions durables et innovantes, répondant aux enjeux importants de la santé et de l’environnement. Ses travaux s’appuient sur l’expertise de ses membres en nano-bio-électrochimie, nano-bio-physicochimie et chimie organique-physique.

Thèses récentes ou en cours:

Axe 1 – Nanomédicine : L’utilisation abusive d’antibiotiques a conduit à une évolution des bactéries pathogènes vers des « variantes » résistantes à la plupart des drogues qui étaient autrefois efficaces, ce qui fait que d’autres approches pour le traitement des infections bactériennes sont devenues une nécessité urgente. Des approches basées sur l’application des nanoparticules ont été abordées dans les thèses de C. SAHLI et de Z. PENG.

Célia SAHLI (Thèse soutenue le 16 octobre 2023 sous la direction de Miryana Hémadi). Sujet de thèse : « Ingénierie de nanomatériaux hybrides multifonctionnels et multi-stimulables pour l’éradication de biofilms bactériens ». Collaborations avec : Romain Briandet (INRAE), Christine Gravier-Pelletier (laboratoire LCBPT, UFR Sciences fondamentales et biomédicales).

Dual therapy for the eradication of bacterial biofilms: Iron oxide nanoparticles and carbon dots as magnetic actuator and photothermal agents. Sahli C, Deschamps J, Royon L, Lomas JS, Briandet R, Hémadi M. Materials Today Chemistry, 2023, 35, 101920. [Link]

Les nanoparticules de fer (IONPs) possèdent des propriétés magnétiques et photothermiques (production de chaleur localisée sous irradiation dans le proche infrarouge (NIR)), tandis que les nanoparticules de carbone (« carbon dots » (CDs)) ont un effet photothermique plus faible mais aussi dans certains cas des propriétés bactéricides. Le but de cette thèse était de combiner des IONPs et des CDs, dérivés de D-(β)-glucose, par différents liens chimiques, et d’appliquer les composites à l’éradication des bactéries, planktoniques ou sous forme de biofilm, sous stimulation par irradiation NIR et/ou magnétique. Les caractéristiques photothermiques de ces matériaux ont été évaluées. L’évaluation de l’activité antibactérienne des nanohybrides a été étudiée pour les deux phases de croissance bactérienne, exponentielle et stationnaire. La conjonction de l’actionnement magnétique et de la photothermie a manifesté un effet synergique remarquable pour le système NP-APTES-CD dans l’élimination des biofilms de B. subtilis, démontrant ainsi l’utilité des nanohybrides dans la lutte contre les bactéries résistantes et dans l’éradication des biofilms bactériens.

Zhendong PENG (Thèse soutenue le 31 octobre 2024 sous la direction de Miryana Hémadi). Sujet de thèse : « All-In-one organic@inorganic Nanohybrid materials for wound therapy». Collaborations avec : Romain Briandet (INRAE), Christine Gravier-Pelletier, Michael Bosco, Claire Mangeney et Yun Luo (laboratoire LCBPT, composante Sciences fondamentales et biomédicales).

Eradication of planktonic bacteria by shape-tailored gold nanoparticle photothermia. Peng Z, Royon L, Luo Y, Decorse P, Gam Derouich S, Bosco M, Gravier-Pelletier C, Briandet R, Lomas JS, Mangeney C, Hémadi M. Materials Advances, 2024, 5, 21, 8524-8533. [Link]

La résistance bactérienne constitue un défi mondial majeur, aggravé par la formation de biofilms. Pour y faire face, l’effet bactéricide de la photothermie induite par les nanoparticules d’or a été étudié. Des nanoparticules d’or de différentes morphologies – sphériques (AuNSP), en forme de bâtonnets (AuNRO), d’étoiles (AuNST) et de fleurs (AuNFL) – ont été synthétisées et caractérisées. La capacité photothermique des différents nanomatériaux a été évaluée sous irradiation Laser à 808 et 1064 nm et les différents paramétres ont été détermines (Specific absorption rate & Light-to-heat conversion efficacy). L’hyperthermie localisée augmente significativement le taux de mortalité des bactéries Escherichia coli à l’état planctonique en phase stationnaire, atteignant près de 100 % pour les AuNRO, AuNST et AuNFL, tandis que les AuNSP se sont révélées inefficaces. Ces résultats montrent que l’efficacité bactéricide dépend fortement de la morphologie des nanoparticules et mettent en lumière le potentiel des nanoparticules d’or à morphologie contrôlée pour le développement de traitements antibactériens innovants et efficaces.

Axe 2 – Environnement : L’accumulation de polluants de toutes sortes dans les eaux pose un grave problème : comment les enlever pour avoir une eau propre pour boire, se laver, arroser les cultures, etc. ? Parmi les métaux lourds, la présence d’uranium, issu de l’extraction minière, le traitement des minerais, son utilisation dans les centrales nucléaires, etc. est particulièrement néfaste, d’autant plus que cet uranium pourrait être récupéré et remis dans le cycle de production de l’énergie nucléaire. Ainsi la récupération de l’uranium dans les eaux usées par un système peu coûteux est un sujet de grande importance. Parmi les approches les plus performantes pour extraire l’uranium de l’eau est l’adsorption sur différents supports organiques ou inorganiques. L’emploi des nanoparticules d’oxyde de fer (IONPs) fonctionnalisés avec des chélateurs (ligands multidentés) permet d’extraire l’uranium de l’eau sous forme du cation uranyle mais aussi de récupérer les IONPs et leur charge d’uranium par moisson magnétique. Ces approches ont été abordées dans les thèses de Y. XIAO et D.D. SALL.

Yawen XIAO (Thèse soutenue le 29 octobre 2024 sous la direction de Miryana Hémadi). Sujet de thèse : « Nanomaterial engineering for the elaboration of adsorbents for environmental remediation ».  Collaborations avec : Rémi Losno (IPGP), Souad Ammar (ITODYS), Hendrik Heinz (UCB, USA).

Functionalized maghemite nanoparticles for enhanced adsorption of uranium from simulated wastewater and magnetic harvesting. Xiao Y, Helal AS, Mazario E, Mayoral A, Chevillot-Biraud A, Decorse P, Losno R, Maurel F, Ammar S, Lomas JS, Hémadi M. Environmental Research, 2022, 216, 11456. [Link]

YX a utilisé l’acide diéthylènetriaminepentaacétique (DTPA) comme chélateur. Dans un premier temps les IONPs sont fonctionnalisés avec de l’APTES (3-aminopropyltriéthoxysilane), ce qui permet d’attacher le DTPA dans une deuxième étape. La complexation de l’ion uranyle par le DTPA a été étudiée par des moyens théoriques (calculs DFT) et expérimentaux (nano-isothermal titration calorimetry (ITC), et les produits successifs caractérisés par FTIR, DLS, VSR, TGA, TEM et SEM, ainsi que des mesures d’adsorption. La capacité d’adsorption du produit final, IONPs-APTES-DTPA (selon l’isotherme de Langmuir) est parmi les plus élevées connues.

Fin 2025 : Diébel Dado SALL (Thèse en cours, cotutelle avec le Sénégal, sous les directions de Miryana Hémadi (Université Paris Cité) et du Professeur Abdou Karim Diaw (Université Cheikh Anta Diop de Dakar). Collaborations avec : Rémi Losno (IPGP), Souad Ammar, Quentin Lenne et Jalal Ghilane (ITODYS), Jaysen Nelaya, Christian Ricolleau (MPQ), Claire Mangeney et Yun Luo (LCBPT).

Highly efficient non-enzymatic electrochemical glucose sensor based on carbon nanotubes functionalized by molybdenum disulfide and decorated with nickel nanoparticles (GCE/CNT/MoS2/NiNPs). Fall B, Sall DD, Hémadi M, Diaw AKD, Fall M, Randriamahazaka H, Thomas S. Sensors and Actuators Reports, 2023, 5, 100136. [Link]

La détection du glucose suscite un intérêt important en raison de la demande croissante de capteurs de glucose sensibles et sélectifs dans les milieux pharmaceutiques, cliniques et industriels. Les nanotubes de carbone (CNT) sont utilisés en tant qu’électrode dans la détection électrochimique en raison de leur grande surface et de leurs caractéristiques physiques et électrochimiques intéressantes. Le nickel est un métal de transition intéressant pour l’électrooxydation du glucose avec une activité catalytique élevée. Dans cette étude, des nanocomposites CNT/MoS₂/NiNPs avec différents ratios CNT/MoS₂ ont été préparés par une réaction hydrothermale. L’activité électrocatalytique de ces nanomatériaux envers l’oxydation du glucose a été étudiée par voltamétrie cyclique et ampérométrie en milieu alcalin : l’activité est supérieure à ce qui a été déjà développé dans le domaine. Ce capteur non enzymatique est de très haute précision et très prometteur pour les applications de détection directe du glucose.

Séjour de chercheurs invités dans l’équipe :

2020 & 2022 : Prof. Hendrik Heinz, University of Colorado Boulder, Etats-Unis

2021 : Prof. Manish Chhowalla, University of Cambridge, R.U.

2022 : Prof. Paulo Cesar de Sousa Filho, University of Campinas (UNICAMP), Brésil

2024 : Prof. Fabienne Dumoulin, Acibadem University, Turquie

2025 : Prof. Feng Qian, Wuhan University of Science and Technology, Chine.