Nanocristaux organiques fluorescents insérés en couche mince sol-gel : vers le développement d'un nouveau type de biopuces

Fluorescent organic nanocrystals in sol-gel thin films : towards the development of a new generation of biosensor

• Auteur / Autrice : Emilie Dubuisson
• Direction : Alain Ibanez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluorescence

Biopuces

Sol-gel, Procédé

Couches minces

Résumé

Nous avons élaboré des nanocristaux organiques dans des couches minces sol-gel obtenues par « spin-coating ». Ces nanocristaux organiques sont très fluorescents puisqu’ils sont composés de 104 à 108 molécules selon leur taille et ont donc une très grande section efficace d’absorption. L’utilisation de différentes techniques de caractérisation (microscopie optique confocale, microscopie électronique en transmission) nous a permis d’optimiser les conditions d’élaboration afin d’obtenir des nanocristaux monodisperses de 60nm environ en diamètre. La diffraction électronique et la diffraction aux rayons X nous ont permis de caractériser la monocristallinité des cristallites organiques. Les propriétés de ces nanocristaux en tant que fonction de signalisation de capteur ont ensuite été analysées par spectroscopie de fluorescence résolue dans le temps. L’adsorption d’une molécule sonde appropriée entraîne une inhibition de la fluorescence des nanocristaux, d’autant plus significative que les nanocristaux sont de petites tailles. Grâce à un procédé de dissolution contrôlée de la surface des couches sol-gel, suivi par AFM, nous avons pu rendre ces nanocristaux émergents et donc directement accessibles aux macromolécules biologiques. Nous avons ensuite pu greffer des brins d’ADN fonctionnalisés par une molécule-sonde sur ces nanocristaux : il y alors transfert d’énergie par FRET entre les nanocristaux et les sondes et extinction de la fluorescence des nanocristaux qui se comportent ainsi comme un émetteur unique. Après hybridation des ADN-cibles complémentaires avec les ADN-sondes greffés sur les nanocristaux, les molécules-sondes sont éloignées de la surface des nanocristaux. Les transferts d’énergie entre les nanocristaux et les molécules-sondes ne peuvent plus intervenir et on observe une réémission de la fluorescence des nanocristaux permettant ainsi la détection de l’hybridation. Ces capteurs sont potentiellement très sensibles puisque des concentrations de l’ordre de 10-11 mol/L sont détectables par contraste de fluorescence.

We optimized the elaboration of organic nanocrystals in sol-gel thin films obtained by spin-coating. These nanocrystals are very brilliant because they are composed of 104 -108 molecules according to their size, so they have a huge cross-section absorption. Using various characterization techniques (fluorescence confocal microscopy, transmission electron microscopy) enabled us to optimize the elaboration conditions and we obtained monodisperse nanocrystals of around 60nm. We characterized the cristallinity of the crystals with electron and X-ray diffraction. We used time-resolved fluorescence spectroscopy to specify nanocrystals properties as signalization function of biological or chemical sensor. Indeed, adsorption of a probe molecule produces a fluorescence quenching of the nanocrystals. This quenching is all the more efficient for small nanocrystals. Thanks to a well-controlled dissolution process of the sol-gel matrix, followed by AFM, we made nanocrystals directly accessible to biological macromolecules. So, we can graft DNA functionalized by a probe-molecule (DNA-probe) onto the surface of the nanocrystals : an energy transfer by FRET is then possible between the nanocrystals and DNA-probe leading to an extinction of the nanocrystals fluorescence. After hybridization of the complementary DNA (target) with DAN-probe grafted on nanocrystals, the probe molecules are moved away from the nanocrystals. This stops the FRET process and we observed a nanocrystals fluorescence recovering allowing thus the detection of the hybridization. These sensors are potentially very sensitive as we can detect fluorescence contrasts until 10-11 mol/L of DNA.