Nanosondes plasmoniques pour les applications biomédicales

par Xuân Hòa Vũ

Thèse de doctorat en Matière condensée et interfaces

Sous la direction de Emmanuel Fort.

Soutenue en 2013

à Paris 7 .

mots clés

• Résonance plasmonique de surface
• Biocapteurs
• Fluorescence
• Nanoparticules d'or
• Lumière -- Diffusion

Résumé

Les nanoparticules d'or possèdent des propriétés optiques remarquables dues à leur résonance plasmonique. A la résonance, les sections efficaces d'absorption et de diffusion peuvent devenir grandes devant la section géométrique de la nanoparticule. Ceci ouvre la voie à de nombreuses applications en particulier dans le domaine biomédical. Il est par exemple possible de suivre de façon individuelle une nanoparticule unique par sa diffusion de lumière ou de les utiliser comme source photothermique locale efficace. Dans une première partie, nous avons élaboré des nanoparticules d’or en formes de demi-sphères ou nanocroissants, par la technique dite de lithographie par masque de nanosphères. Cette technique reproductible permet l'obtention de nanocroissants monodisperses intégrant éventuellement d'autres fonctionnalités. En particulier, nous avons réalisé des nanosondes hybrides alliant des propriétés magnétiques ou de fluorescence aux propriétés plasmoniques. L'anisotropie de forme des nanocroissants leur confère des propriétés optiques anisotropes qui permettent de sont la signature de leur orientation. Ainsi, dans une seconde partie, nous avons développé une technique de mesure locale de la température à partir des corrélations du signal lumineux diffusé par un nanocroissant individuel sous microscopie à champ sombre. Le mouvement brownien rotationnel des nanoparticules permet d'accéder à la température de l'environnement immédiat. Enfin, dans une troisième partie, nous avons développé un montage expérimental de photothermie à l'aide d'un laser coïncidant avec une des résonances plasmons des nanocroissants. Les nanocroissants se comportent alors comme des sources de chaleur nanométriques. L'élévation locale a pu être mesurée à distance, avec une précision de l'ordre du degré, en utilisant la spectroscopie de corrélation de la diffusion.

Résumé

Gold nanoparticles have remarkable optical properties due to their plasmon resonance. At resonance, their absorption and scattering cross-sections can be larger than their geometric section. This opens the way to many applications especially in the biomedical field. For example it is possible to track a single nanoparticle by its scattered signal, or use it as a source efficient photothermal transducer. In the first part, we have developed gold nanoparticles with half-sphere shaped, called nanocrescents, by nanosphere lithography. This reproducible technique allows the production of monodisperse nanocrescents, possibly incorporating other additional properties. In particular, we designed hybrid nanoprobes combining magnetic properties or fluorescence plasmonic properties. The anisotropic shape of nanocrescents gives them anisotropic optical properties that have the signature of their orientation. In a second part, we have developed a technique to measure local temperature from corrélations of the scattered light from an individual nanocrescent under dark field microscopy. The rotational Brownian motion of the nanoparticle gives access to the temperature of the immediate environment. Finally, in the third part, we have developed a photothermic setup using a laser that coincides with one of the plasmon resonances of the nanocroissants. These latter behave as nano-heater. The local increase of temperature was measured remotely, with an accuracy of approximately one degree, using the scattering correlation spectroscopy.