Synthèse et caractérisation de nanocristaux fluorescents chalcopyrites et Ag2S

Synthesis and characterisations of chalcopyrite flourescent nanocrystals and Ag2S

• Auteur / Autrice : Davina Moodelly
• Direction : Peter Reiss, Marie Carrière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie inorganique et bio inorganique
• Date : Soutenance le 25/02/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes moléculaires et nanomatériaux pour l’énergie et la santé (Grenoble, Isère, France ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CIBEST
• Jury : Président / Présidente : Loïc Charbonnière
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Peter Reiss, Fabien Dubois, Niko Hildebrandt
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Pons, Fabien Delpech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cadmium -- Composés

Nanocristaux semiconducteurs

Mots clés libres

Bio-Détection

Sans cadmium

Quantum dots

Bio-Detection

Cadmium-Free

Quantum dots

Résumé

Depuis leurs découvertes dans les années 1980, les quantum dots ou nanocristaux fluorescents de matériaux semi-conducteurs ont attiré beaucoup d’attention grâce à leurs propriétés photophysiques exceptionnelles facilement modulables en fonction de leurs tailles et leurs compositions. Premiers à être découverts, les quantum dots binaires comme le CdS, CdSe, et PbS sont les plus étudiés pour les applications optoélectroniques comme dans les LEDs ou le photovoltaïque. Il faudra attendre jusqu’à 1998 pour démontrer les premières applications biomédicales des QDs de CdSe/CdS et CdSe/ZnS utilisés in vitro en tant que sondes biologiques. Bien que ces QDs présentent d’excellentes propriétés optoélectroniques, ils contiennent des métaux lourds très toxiques. La toxicité de ces composés binaires a été démontrée autant sur les cellules (cytotoxicité) que sur l’ADN (génotoxicité). Leur application dans les composants électroniques est restreinte par la directive européenne RoHS (Restrictions of hazardous substances). Il est donc nécessaire de remplacer ces métaux lourds toxiques par des éléments moins toxiques ou non-toxiques si l’on souhaite développer des sondes biocompatibles. Les quantum dots ternaires contenant du cuivre (CuInS2) ou de l’argent (AgInS2) ainsi que le composé binaire Ag2S sont des alternatives prometteuses qui permettent de couvrir des gammes d’émission allant du visible à l’infrarouge. Cette thèse décrit des méthodes de synthèse permettant d’obtenir des quantum dots de CuInS2, AgInS2 (émission visible) et Ag2S (émission infrarouge) dans l’eau et les possibles application de ces composés comme sondes biologiques et pour l’imagerie biomédicale.

Since their discovery in the 1980s, quantum dots or fluorescent nanocrystals of semiconductor materials have attracted a lot of attention thanks to their exceptional photophysical properties easily scalable according to their sizes and compositions. First to be discovered, binary quantum dots like CdS, CdSe, and PbS are the most studied for potential optoelectronic applications in LEDs or photovoltaics. It was not until 1998 that the the first biomedical applications of CdSe/CdS and CdSe/ZnS core/shell quantum dots were used in vitro as biological probes. Although these QDs have excellent optoelectronic properties, they contain very toxic heavy metals. The toxicity of these binary compounds has been demonstrated both on cells (cytotoxicity) and on DNA (genotoxicity). Their application in electronic components is restricted by the European directive RoHS (Restrictions of hazardous substances). It is therefore necessary to replace these toxic heavy metals with less toxic or non-toxic elements if they are to be used biological probes. Ternary quantum dots containing copper (CuInS2) or silver (AgInS2) as well as the binary compound Ag2S are promising alternatives that can cover emission ranges from the visible to the infrared region. This thesis describes synthesis methods devised to obtain quantum dots of CuInS2, AgInS2 (visible emission) and Ag2S (infrared emission) directly in water and the possible applications of these compounds as biological probes and for biomedical imaging.