Nouveau nano-matériau hybride – nanocristaux de CdSe/ZnS couplés à la bactériorhodopsine – pour des applications en optoélectronique et en biologie : élaboration et caractérisations structurale et optique.

par Nicolas Bouchonville

Thèse de doctorat en Physique - Nanosciences

Sous la direction de Michel Troyon et de Michaël Molinari.

Soutenue le 12-12-2011

à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) .


  • Résumé

    Ce travail est consacré à l’élaboration et à la caractérisation d’un nouveau matériau hybride présentant des propriétés de transfert d’énergie, à base de la protéine photochromique bactériorhodopsine (bR) acceptrice d’énergie et de boites quantiques (QDs) de CdSe/ZnS fluorescentes donneuses d’énergie. Le but est d’essayer d’améliorer et d’utiliser les propriétés photochromiques et photochimiques de la bR en utilisant un transfert d’énergie par résonancede Förster (FRET) qui peut exister avec des QDs semiconductrices. Ce nouveau matériau hybride pourrait servir dans divers domaines, tels que des commutateurs optiques ou lescellules photovoltaïques.Les propriétés physiques d’un tel composé et son efficacité dépendant fortement de sa structure, ce travail à consister à élaborer le complexe bR/QD et à le caractériser par microscopie à force atomique (AFM) et par spectrométries optiques (fluorescence,absorption) afin de mettre en évidence un éventuel effet FRET entre bR/QDs. Nous avons montré qu’en modifiant la charge de surface des QDs nous pouvions optimiser l’efficacité duFRET. Cet effet provient d’une modification des forces électrostatiques entraînant un arrangement des QDs différent à la surface des membranes en fonction de leur charge de surface. En renforçant la liaison bR/QD à l’aide de biotine et de streptavidine, nous avons atteint une efficacité maximale de FRET de 80 %.Lors de nombreuses expériences que nous avons menées, nous avons montré parAFM et dichroïsme circulaire que la présence de QDs accélère fortement le processus de monomérisation de la bR par du détergent ce qui pourrait avoir des applications en biologie.

  • Titre traduit

    New nano-hybrid material - built from CdSe/ZnS quantum dots and bacteriorhodopsin - with optoelectrical and biological applications : development and optical and structural characterisation


  • Résumé

    In this work, we built and characterized a new hybrid material with energy transfer properties made from photochromic protein Bacteriorhodopsin (bR) which is the energy acceptor and CdSe/ZnS fluorescent quantum dots (QDs) which are the energy donor. Our aim was to improve the photochromic and photo-physical bR properties by using a Förster resonance energy transfer (FRET) which should exist in presence of semiconductor QDs. This new hybrid material should have applications in many fields such as optical switching or photovoltaics.Since optical properties and efficiency of such a material are highly dependent of its structure, our work was to develop and characterize bR/QD complex by atomic force microscopy (AFM) and optical spectrometries (fluorescence, absorption) in order to demonstrate FRET between bR and QDs. By tuning QDs surface charges, we proved that we were able to optimize FRET, by optimization of the electrostatic interactions between bR and QDs. This effect was due to a better organization of QDs on the membrane surface when interactions were optimized. We also showed that when QD and bR are linked by biotin streptavidin link they revealed the maximum FRET efficiency of 80 %.During all these experiments, we showed that QDs could induce a quicker detergent monomerization of bR. This is supported by AFM images and circular dichroïsm measurements. This effect should find applications in biology.


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