Développement de matériaux mécanofluorochromes à base de polydiacétylènes comme capteurs de force ultrasensibles

Elaboration of mechanofluorochromic materials based on polydiacetylene as ultrasensitive force probes

• Auteur / Autrice : Luca Polacchi
• Direction : Clémence Allain, Rémi Métivier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 25/11/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Laure Boillot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Rigaut, Dario Bassani, Sylvie Spagnoli, Arnaud Spangenberg
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Rigaut, Dario Bassani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanobiologie

Microscopie de fluorescence

Microscopie à force atomique

Capteurs de force

Mots clés libres

Mecanofluorochromisme

Polydiacetylene

Fluorescence

Matériaux moléculaires

Molecular materials

Fluoerscence

Polydiacetylene

Mechanofluorochromism

Résumé

Dans le cadre de la détection de forces mécaniques, le développement de sondes fluorescentes ultra-sensibles représente une perspective intéressante dans des domaines variés, de la mécano-biologie à la mécanique des structures. Dans ce contexte, les matériaux mécanofluorochromes capables de changer leurs propriétés de fluorescence sous contraintes mécaniques pourraient se révéler de bons candidats pour la conception de telles sondes. Nous présentons dans ces travaux l’étude de quatre dérivés inédits de matériaux fluorescents sensibles aux forces à base de polydiacetylènes. Les quatre systèmes ont été conçus spécifiquement pour évaluer l’influence de certains changements structuraux sur leurs dynamique de polymérisation, morphologie, propriétés photophysiques et leur réponse fluorescente aux sous stimulation mécanique. L’étude a été menée à la macro échelle aussi bien qu'à la nano échelle, à l'aide d'un microscope à force atomique couplé à un microscope de fluorescence pour à la fois appliquer des forces à l’échelle du nN et pour évaluer l'activation de fluorescence correspondante. Les nouveaux polydiacétylènes substitués par le fluorophore tétrazine se sont montrés de bons candidats pour répondre optiquement de façon définie aux forces jusqu'à l’échelle du nN.

In the context of mechanical force sensing, the development of fluorescent ultrasensitive probes is an intriguing perspective for various fields of application, like mechano-biology and mechanical engineering. In this regard, mechanofluorochromic materials that change their fluorescence properties when subjected to external mechanical stimulation may be a valid option for the design of such sensors. We present here the study of four novel mechano-responsive luminescent polydiacetylene derivatives. The systems were accurately designed to evaluate how structural changes influence their polymerization dynamics, morphology, photophysical properties and fluorescence response upon mechanical stress application. The study is carried out at the macro and nanoscale, where an atomic force microscope coupled to a fluorescence microscope were used to apply forces in the nN range and evaluate the fluorescence activation. Original tetrazine-substituted diacetylenes in the form of thin films and single crystals are confirmed to be good candidates to optically respond to forces down to the nN scale.