Irradiation laser ultrabrève de nanobâtonnets d'or individuels en milieu aqueux : photo-génération de phénomènes d'intérêt biomédical

par Timothée Labouret

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Bruno Palpant.

Le président du jury était Anne Débarre.

Le jury était composé de Bruno Palpant, Jérôme Plain.

Les rapporteurs étaient Emmanuel Cottancin, Ludovic Douillard.


  • Résumé

    Les nanoparticules d’or présentent des propriétés optiques particulières grâce au phénomène de résonance de plasmon de surface. L’irradiation laser d’une nanoparticule au voisinage de sa fréquence de résonance induit deux effets notables : une forte absorption de l’énergie lumineuse et une amplification du champ électromagnétique dans son environnement proche. Grâce à ces deux caractéristiques et à la bonne biocompatibilité de l’or, ces nano-objets peuvent être utilisés pour bon nombre d’applications biomédicales déclenchées par la lumière. Dans ce domaine, les nanobâtonnets d’or (AuNR) sont particulièrement prometteurs. En effet, il est possible d’accorder leur fréquence de résonance via leur rapport d’aspect, par exemple pour la placer dans la fenêtre de transparence relative des tissus biologiques (650–1350 nm). Cette résonance présente alors un facteur de qualité élevé. L’irradiation d’AuNR produit ainsi de multiples effets biologiques complexes, surtout avec des impulsions ultrabrèves intenses. Néanmoins, la physique de l’AuNR en milieu aqueux n’est réellement comprise que dans des conditions plus simples. C’est pourquoi cette thèse vise à mieux comprendre cette multi-physique dans les conditions d’irradiation pertinentes pour la biologie. Elle apporte des éléments de réponse théoriques, numériques et expérimentaux sur la réponse optique transitoire, la dynamique des échanges d’énergies, la génération plasmonique de plasma, la photoluminescence et la production de dérivés réactifs de l’oxygène. Tous ces processus ont un impact biologique ou biomédical. Leur analyse révèle avant tout le rôle prépondérant des électrons chauds en régime ultrabref.

  • Titre traduit

    Ultrashort laser irradiation of individual gold nanorods in an aqueous medium : photo-generating processes of biomedical relevance


  • Résumé

    Gold nanoparticles exhibit specific optical properties thanks to surface plasmon resonance. Laser irradiation close to their resonance frequency induces two main effects : a high absorption of the electromagnetic energy and an enhancement of the electromagnetic field in their close vicinity. In addition, gold is biocompatible. These three features have made them extremely useful for a number of light-triggered biomedical applications. In this field, gold nanorods (AuNRs) specifically show promise. Indeed, their resonance frequency can be tuned by changing their aspect ratio in order to match the window where biological media are relatively transparent (650–1350 nm). Their resonance then exhibits a high quality factor. As a result, light irradiation of AuNRs triggers various complex biological effects, especially when intense, ultrashort pulses are used. Nevertheless, the physics of irradiated AuNRs in aqueous media is only properly understood in more simple situations. That is why this thesis aims at reaching a better understanding of these multi-physics in biologically relevant irradiation conditions. It provides theoretical, numerical and experimental pieces of information about the transient optical response, the dynamics of energy transfer, the plasmon-assisted plasma generation, the photoluminescence and the production of reactive oxygen species. Each of these processes has biological or biomedical impact. Analyzing the underlying mechanisms reveals above all the major role of hot electrons in the ultrashort regime.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : CentraleSupélec. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.