Microstructuration 2D de boites quantiques : biofonctionnalisation et imagerie NEF

Quantum dots 2D Micropatterning : Biofunctionnalization & NEF imaging

• Auteur / Autrice : Paul Robineau
• Direction : Cyrille Vezy, Rodolphe Jaffiol
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Organisme européen de financement : Fonds européen de développement régional
• Partenaire(s) de recherche : collectivité territoriale : Aube. Conseil départemental
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lumière- nanomatériaux et nanotechnologies / L2n
• Jury : Président / Présidente : Michaël Molinari
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rodolphe Jaffiol, Michaël Molinari, Hélène Delanoë-Ayari, Ngoc Diep Lai, Pascal Didier, Aurélie Dupont
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hélène Delanoë-Ayari, Ngoc Diep Lai

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules -- Adhésivité

Biophysique

Microscopie de fluorescence

Transfert d'énergie entre molécules fluorescentes

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Points quantiques

Nanophotonique

Mots clés libres

Nanophotonique

Points quantiques

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Transfert d'énergie entre molécules fluorescentes

Microscopie de fluorescence

Biophysique

Cellules -- Adhésivité

Nanophotonics

Quantum dots

Surface functionnalization

Förster Resonance Energy Transfert

Fluorescence Microscopy

Biophysics

Cell Adhesion

Résumé

La nanoscopie de fluorescence par excitation non radiative (NEF) est une technique d'imagerie basée sur le FRET. L'imagerie NEF s’inscrit dans la famille des méthodes optiques utilisées pour étudier l'adhésion cellulaire en imageant la dynamique spatio-temporelle des points focaux d’adhésion. À partir de la maîtrise de la synthèse de boites quantiques (QDs) et des échanges de leurs ligands, j’ai mis en oeuvre une microstructuration 2D des QDs conjuguant fonctionnalisation covalente bottom-up et microstructuration top-down par photolithographie UV. Ce procédé permet d’obtenir des monocouches denses de QDs organisées en motifs de forme variable, avec une résolution spatiale micrométrique. Ces motifs jouent le rôle de donneurs FRET pour l’imagerie NEF, donnant accès à une résolution axiale nanométrique pour des temps d'acquisition faibles et des puissances laser minimes. J'ai montré la possibilité de biofonctionnaliser les QDs de façon spécifique avec un ligand chélatant le zinc à leur surface. Ce ligand terminé RGD permet l’adhésion des cellules et peut être utilisé pour réaliser du micropatterning cellulaire. Outre la démonstration du FRET entre des cellules et nos substrats, j’ai exploré la combinaison de l’imagerie NEF avec des méthodes de super-résolution basées sur l’analyse des fluctuations de fluorescence.

Non-radiative Excitation Fluorescence (NEF) nanoscopy is a promising FRET-based imaging technique, recently introduced in the advanced optical tools family devoted to study cell adhesion by imaging the spatio-temporal dynamics of focal adhesion plaques. From the quantum dots (QDs) synthesis to their ligand exchange skills, I developed a 2D micro-structuration method of QDs combining bottom-up covalent functionalization and top-down micropatterning with UV- photolithography. This method allows to obtain dense monolayers of QDs organized in patterns of various shape, with a micrometric resolution. These active patterns act as FRET donors for NEF imaging, thus giving access to nanometric axial resolution for high acquisition rate and minimal laser power. I show the possibility to biofunctionnalize the QDs, especially with a ligand chelating zinc atoms onto the QD surface. This RGD-terminated ligand enables specific cell adhesion and therefore QDs can be used to perform cell micropatterning. In addition to usual FRET observations between cells and our substrates, I explored the imaging breakthrough offer by fluorescence fluctuations-based Super-Resolution technique in association with NEF.