Study of the physicochemical properties of SiC and TiC nanoparticles and their evolution in biocompatible dispersants

This thesis focuses on the evolution of the physicochemical properties of two carbide nanoparticles, SiC and TiC, in contact with biocompatible dispersants. The rationale is based on the fact that several of the toxicological evaluation required manipulations and / or interactions cause changes in the nanoparticles physicochemical surface. These changes call into question the relevance of existing tests and, to some extent, may raise unfounded concerns about their potential toxicity to humans and the environment. The nanoparticles were dispersed in aqueous dispersants following various dispersion protocols; later, these dispersions were mixed with culture medium or biological medium in the particular conditions of in vitro assays. This thesis shows that toxicological evaluation results can be influenced by the various necessary manipulations and / or interactions. The evaluation first defined the nanoparticles fingerprints in their pristine state, before contact with the biological medium. Next, the objective was to elucidate the evolution of key physicochemical parameters at different stages of contact with biocompatible fluids. Their physicochemical parameters were monitored during cell line incubation for toxicity assessment and using human reconstituted gastric fluid. Finally, for a better overview of the specific nanoparticle– culture medium interaction, a SiC nanoparticles evaluation with three different cell line tests was performed. The evaluation was focused on two main parameters: particle size distribution and surface composition. It was found that the nanoparticles physicochemical properties evolve from initial conditions to an altered state, highlighting the contact with the biocompatible medium. On the one hand, modifications were produced in the nanoparticles in a type-, time- and dispersion medium-dependent way and on the other hand, these modifications were found to alter the test results. To summarize, it is highlighted that a case by case scenario is mandatory for nanoparticle evaluation because they behave differently in each medium, due to interaction and modifications produced on their surface.Cette thèse porte sur l'étude de l’évolution des propriétés physico-chimiques de deux carbures (SiC, TiC), sous la forme de nanoparticules, lors de leur contact avec des dispersants biocompatibles. En effet, l’évaluation toxicologique in vitro de ces deux matériaux nécessite de nombreuses manipulations dans divers milieux pouvant entrainer de substantielles modifications de leurs propriétés physicochimiques et donc de leur toxicité. Nous avons tout d’abord analysé les matériaux sous la forme sèche. La taille, la composition chimique de surface et du volume, la surface spécifique ont d’abord été mesurés. Ensuite, les propriétés telles que la distribution de taille et la composition chimique de surface ont été suivies au cours de différentes étapes impliquant leur contact avec des fluides biocompatibles : durant une pré-dispersion dans de l’eau et dans pluronic F108 pendant l’incubation de lignées cellulaires de type pulmonaire (A549), des kératinocytes IHK (NhTERT)et des sébocytes (SZ95) ou encore en présence de fluide gastrique. Il est montré que la distribution de taille et la composition chimique sont modifiés en fonction de la nature de la monoparticule, du milieu dispersant, de la méthode de dispersion et du temps de traitement : des phénomènes d’agglomération et de desagglomération ont été observées en fonction du temps d’incubation ainsi que de profondes modifications de la composition chimique de surface qui indiquent par exemple une adsorption préférentielle de protéines du milieu de culture masquant l’effet nocif du matériaux testé, ou encore une dissolution possible des monoparticules en fonction du fluide biologique. D’une manière générale, nous avons montre que les changements de propriétés physicochimiques par rapport aux matériaux de base dépendent du milieu pour le SiC alors qu’ils dépendent de la méthode de dispersion pour le TiC. Forts de ces observations nous constatons que pour l’évaluation in vitro de la toxicité potentielle de nanomatériaux, aucune généralisation n’est de mise, et qu’une évaluation au cas par cas en fonction des milieux biologiques est requise.(DOCSC01) -- FUNDP, 201