Etude de cristaux photoniques et de polymères stimulables : Réalisation d'un capteur de nanoparticules

Axe 4 - Dimensionnalité et confinement

Thèse de Céline BOURDILLON

Thèse soutenue le vendredi 7 octobre 2016 à 14h
Tour 22/23 salle 317
Université Pierre et Marie Curie
4 place Jussieu, Paris 5^e

Tutelle :

Institut des NanoSciences de Paris
Équipe : Nanostructures and Optics
Directrice de thèse : Catherine Schwob
Institut des NanoSciences de Paris
Équipe : Chemical Physics for Functional Surfaces

Abstract :

L’essor des techniques d’analyse à l’échelle nanométrique a initié la synthèse et le développement de nombreuses nanostructures et nanoparticules. De par les propriétés spécifiques induites par leur taille, ces nanoparticules sont à présent omniprésentes dans la vie quotidienne et leur utilisation introduit de nouveaux enjeux environnementaux et toxicologiques. Il est donc important de pouvoir les capter et les détecter à l’état de trace en fonction de leur taille et de leur chimie de surface, deux facteurs dont dépend leur toxicité.

Ce travail de thèse porte sur l’association des propriétés optiques d’un cristal photonique, l’opale, et des propriétés de reconnaissance d’un polymère stimulable, le polymère à empreintes de nanoparticules, afin de réaliser un capteur sensible, spécifique et sélectif (notamment en revêtement de surface) de nanoparticules. Les nanoparticules cibles que nous avons étudiées sont des nanocristaux fluorescents de CdSeTe/ZnS.

Cette thèse se décompose en deux parties :

dans la première, nous avons étudié le filtrage de l’émission des nanocristaux cibles par des hétérostructures à base d’opales directe
dans la seconde partie, nous avons synthétisé, pour la première fois à notre connaissance, un polymère à empreintes de nanocristaux, en nous basant sur les travaux réalisés dans le cadre des polymères à empreintes moléculaires.

Ce polymère a été utilisé pour réaliser une opale inverse permettant la détection de ces nanoparticules à partir de mesures de réflectivité. Ce capteur est généralisable à toute nanoparticule présentant une fonctionnalisation de surface.

Abstract :

Since the emergence of analysis techniques at the nanometer scale, many nanostructures and nanoparticles have been elaborated. Because of the specific properties induced by their size, nanoparticles are present in a lot of products used in the everyday life and can present a high toxicity. This toxicity depends, inter alia, on their size and surface chemistry. Therefore, it is really important to collect and detect them specifically when they are present as trace contaminants. This thesis deals with the combination of the optical properties of a photonic crystal, an opal, and the chemical properties of a stimulable polymer, a nanoparticles imprinted polymer, to realize a sensitive, specific and selective nanoparticles sensor. The nanoparticles that we used as targets are fluorescent CdSeTe/ZnS nanocrystals. In the first part of this thesis, we studied the filtering of the emission of the targets by heterostructures based on direct opals. In the second part, we synthetized, for the first time to our knowledge, a polymer presenting nanocrystals imprints. We used this polymer to realize an inverse opal allowing the sensing of these nanoparticles by specular reflection measurements. This sensor can be generalized to any functionalized nanoparticle.

Publications

Bourdillon Céline, Hong Phan Ngoc, Daney De Marcillac Willy, Coolen Laurent, Agnès Maître et al.
Manipulation of the fluorescence of nanocrystals by opal-based heterostructures
Journal of Materials Chemistry C, Royal Society of Chemistry, 2015, 3 (37), pp.9734-9739
DOI : 10.1039/C5TC01829C
Ref Hal : hal-01203465v1
S. Gam-Derrouich, C. Bourdillon, Daney De Marcillac Willy, Laurent Coolen, Agnès Maître et al.
Quantum dot-imprinted polymers with size and shell-selective recognition properties
Chemical Communications, Royal Society of Chemistry, 2015, 51, pp.14933-14936. 〈10.1039/C5CC05203C〉
Ref Hal : hal-01203480v1