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Moreaud, Laureen. Synthèse, auto-assemblage et caractérisation d'architectures colloïdales hybrides plasmons-émetteurs

Moreaud, Laureen (2020). Synthèse, auto-assemblage et caractérisation d'architectures colloïdales hybrides plasmons-émetteurs.

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Résumé en francais

Cette thèse propose plusieurs approches visant à contrôler la structure d'assemblages hybrides depuis la synthèse des éléments jusqu'à l'auto-organisation et en étudie les propriétés optiques émergentes. Dans une première partie, nous montrons que ce couplage plasmon-émetteur peut être dirigé de deux manières : soit en fonctionnalisant des nanoparticules d'or avec un ligand ayant une fonction permettant de reconnaitre et immobiliser les émetteurs, soit par la création d'un échafaudage de biomolécules portant des sites de greffage des particules fluorescentes et plasmoniques. Dans le premier cas, une synthèse de prismes d'or en présence de protéines artificielles, éventuellement biotinylées, recouvrant leur surface est réalisée. La taille et la forme des prismes déterminent les propriétés spectrales souhaitées des résonances plasmons. Leur sensitivité élevée à une variation de leur environnement diélectrique (300 nm/RIU) a permis la détection de streptavidine sur prisme individuel. Alternativement, l'ingénierie d'une paire de protéines artificielles dont la forte interaction mutuelle déclenche une précipitation spontanée. Une caractérisation par cryo-microscopie électronique à transmission (cryo-TEM) et par diffusion des rayons X montre la formation précise de superhélices tubulaires de 5,8 nm de diamètre et plusieurs microns de long. Les amino-acides de ces protéines pourront être modifiés pour greffer des particules différentes. La deuxième partie de ce manuscrit porte sur une nouvelle synthèse, la caractérisation structurale et les propriétés photo-physiques de clusters d'or Aun avec 4 = n = 25. Ceux-ci sont rendus stables, en solutions aqueuses, par fonctionnalisation avec des thiols pegylés à fonction terminale, dont la biotine. La fluorescence blanche sous excitation large bande et un rendement quantique élevé (jusqu'à 27 %) font de ce mélange Aun des émetteurs prometteurs pour les structures hybrides. Ces Aun-biotine, mais aussi des nanodiamants biotinylés, ont été fixés sur les prismes d'or protéinés ci-dessus. Les protéines en surface des prismes permettent de maîtriser localement et spécifiquement le greffage des émetteurs à 5 nm de la surface d'or. La dernière partie de cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés optiques des structures plasmoniques seules puis couplées à des émetteurs. Une comparaison des images hyperspectrales de diffusion en champ sombre et de cathodoluminescence en TEM, adossée à une étude numérique combinant la méthode dyadique de Green et celle des éléments finis, permet d'identifier les modes plasmons brillants et sombres auxquels se couplent les photons émis par les fluorophores, en fonction de leur position.

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 :Plasmonique - Nanoparticules émettrices - Synthèse - Fonctionnalisation - Auto-assemblages hybrides - Propriétés optiques
Sujets :Physique
Déposé le :05 Mar 2021 14:55