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Kargal Laxminarayana, Gurunatha. Approches colloïdale et bio-inspirée en nanoplasmonique

Kargal Laxminarayana, Gurunatha (2012). Approches colloïdale et bio-inspirée en nanoplasmonique.

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Résumé en francais

Le confinement et le guidage de l'énergie lumineuse à l'échelle nanométrique dans des composants colloïdaux requiert le contrôle précis (i) de la morphologie des nanoparticules, (ii) de leur agencement spatial dans des architectures d'ordre supérieur et (iii) du couplage entre structures plasmoniques et molécules photoactives. Ce travail de thèse explore des approches nouvelles de synthèse, essentiellement bio-inspirées, de ces trois défis. Dans un premier temps, nous avons utilisé les principes de biominéralisation pour ajuster le couplage entre plasmon et fluorophore et ainsi contrôler l'exaltation de fluorescence. La fluorescence d'ensembles finis et organisés de fluorophores (porphyrines) appelé agrégats J est modulée par leur encapsulation dans une fine couche de silice d'épaisseur contrôlée (entre 2 ± 1 nm et 12 ± 1 nm) produite par minéralisation, suivie de l'accrochage de nanoparticules d'or ou d'argent. Les agrégats J servent de template à la minéralisation silicée qui renforce alors leur stabilité mécanique, permet d'adsorption spécifique de nanoparticules métalliques et joue le rôle d'espaceur diélectrique permettant une optimisation du couplage exciton-plasmon. L'exaltation de fluorescence par les plasmons a ainsi pu être optimisée à plus de 400% et 200% par conjugaison de particules d'argent et d'or respectivement sur les agrégats J minéralisés. Notre approche colloïdale ascendante pourrait contribuer à la conception de sondes optiques pour des applications capteurs ou en imagerie mais s'inscrit aussi dans la recherche de systèmes efficaces pour le traitement de l'information optique par intégrations de structures plasmoniques cristallines et d'absorbeurs /émetteurs moléculaires. Dans un deuxième temps, nous avons exploré de nouvelles méthodes de contrôle de la morphologie de nanoparticules métalliques et de leur auto-assemblage en utilisant des protéines artificielles appelées α-Repins. Le principal avantage de ces protéines artificielles est leur grande stabilité thermique et leur structure tridimensionnelle robuste et modulable par concaténation de portions de séquence tout en permettant une variabilité de certains acides aminés. Pour la première fois, ces protéines ont été utilisées comme agents directeurs de croissance de nanoparticules d'or, ce qui nous a permis de produire des particules sphériques, prismatiques triangulaires, des nanobâtonnets par effet template des protéines de formes différentes. Dans des conditions particulières, nous avons aussi pu produire des nanoparticules fluorescentes d'or de 2-6 nm de diamètre. Par ailleurs, des paires de protéines α-Repins, sélectionnées par évolution dirigée pour leur affinité mutuelle, ont été conjuguées à des populations différentes de nanoparticules. L'auto-assemblage massif et spontané des nanoparticules est alors induit lors du mélange de population portant des protéines complémentaires. Ces résultats constituent la première étape de la construction d'une approche généralisation dans laquelle des protéines artificielles peuvent être conçues et produites pour contrôler la structure cristalline et la morphologie de particules plasmoniques ou bien induire leur couplage spécifique avec d'autres particules fonctionnelles permettant ainsi d'envisager la construction d'architectures colloïdales plasmoniques complexes.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Dujardin, Erik
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales (CEMES), UPR 8011
Mots-clés libres :Exaltation de fluorescence - Minéralisation - Protéines artificielles - Morphosynthèse de nanoparticules - Auto-assemblage - Plasmoniques colloïdale
Sujets :Chimie
Déposé le :10 Dec 2012 09:17