Synthesis and functionalization of gold nanoparticles with phosphorus compounds

La synthèse de nanoparticules (NPs) d’or fonctionnalisées en phase aqueuse est encore aujourd’hui un enjeu majeur de la recherche dans le domaine des nanomatériaux. Depuis les travaux de J. Turkevich de 1951, la synthèse utilisant le citrate comme ligand et agent réducteur est la méthode de choix pour obtenir des NPs d'or. Cependant cette synthèse nécessite une étape supplémentaire de modification de surface par échange de ligand, pour pouvoir accrocher des molécules d’intérêt. Afin de simplifier la procédure, notre projet propose de synthétiser en une seule étape des NPs qui possèdent un groupement permettant une post-fonctionnalisation. La nouvelle voie de synthèse fait intervenir des composés bifonctionnels de la famille des 1-hydroxy-1,1-méthylène bisphosphonates (HMBP). Ainsi la base conjuguée de l'acide (1-hydroxy-1-phosphonopent-4-ènyl) phosphonique (HMBPène), qui possède une fonction éthylénique terminale nous a permis d'obtenir des dispersions de nanosphères de tailles contrôlées et nous avons pu rationaliser le mécanisme de synthèse utilisant ce type de molécules. Nous avons ensuite évalué plusieurs modalités de post-fonctionnalisation de notre nanoplateforme et validé une approche par chimie « Click » la via cycloaddition de composés tétrazine. En utilisant une nouvelle classe de HMBP couplés à une chaine polyéthylène glycol, des NPs stables en milieu physiologique ont pu être synthétisées selon le même modèle. Elles offrent également des possibilités de post-fonctionnalisation par couplage carbodiimide, que nous avons illustré par le couplage d'un fluorophore. Nous développons en dernière partie les résultats préliminaires sur deux types NPs d'or synthétisées à l'aide des HMBP pour des applications thérapeutiques.In the ever growing fields of nanoscience the control of the synthesis of gold nanoparticles (GNPs) owing to their large variety of applications has emerged as an important domain. Among all methodologies Turkevich-Frens synthesis using citrates that act as ligand and reducing agent remains a method of choice for the obtaining of water soluble GNPs. Nevertheless, in post-synthesis, citrates are often exchanged with other ligands to enhanced stabilization and allow further functionalisation. In our work we present a new class of bi-functional molecules (1-hydroxy-1,1-methylene bisphosphonates HMBP) that can both reduce Au(III) and act as an efficient stabilizer of the formed GNPs in water. The first size controlled GNPs “one pot” synthesis was achieved by using an alkene conjugated HMBP, the (1-hydroxy-1-phosphonopent-4-enyl)phosphonic acid (HMBPene). We moreover, rationalized the mechanism of the GNPs synthesis using this type of molecule. We then, evaluated several methodologies for the post-functionalization of our nanoplateform and developed a « Click » chemistry approach to nanoparticle coating by tetrazine cycloaddition. Other nanoplatforms were synthesized using pegylated hydroxyl methylene bisphosphonates. This new class of bisphosphonate coated GNPs showed an improved stability in biological media and brought reactive groups available for post-functionalization as well, illustrated by the coupling of a fluorescent dye. The last part of this was dedicated to our latest results on GNPs synthesis for biomedical applications with HMBP compounds