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Désactivation des états excités de modèles de protéines : simulations de dynamique non-adiabatique et méthodes ab initio
Excited states deactivation in model proteins chains: Non-adiabatic dynamics and ab initio methods

Spécialité

Physique moléculaire

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

29-03-2019

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

BRENNER Valerie
+33 1 69 08 37 88

Résumé/Summary

Ce stage porte sur la caractérisation des mécanismes de désactivation d’états excités de modèles de protéines, des peptides protégés, et plus particulièrement, la détermination pour de tels systèmes des performances d’une méthode de chimie quantique dédiée au calcul des états excités.
This internship focuses on the characterization of the deactivation excited states mechanisms in model proteins chains, capped peptides, and in particular, the determination of the performances for such systems of a quantum chemistry method dedicated to the excited states computation.

Sujet détaillé/Full description

Dans les protéines, les états excités peuplés par l'absorption UV bénéficient de mécanismes de désactivation d'importance majeure pour la photostabilité de ces espèces. Ces processus, souvent ultrarapides, offrent un moyen rapide et efficace de dissiper l'excitation électronique sous forme de vibration, évitant ainsi les réactions photochimiques conduisant généralement à des dommages structurels susceptibles d'affecter la fonction biologique du système. Notre connaissance de ces processus qui contrôlent la durée de vie de l'état excité peut être approfondie à travers une modélisation précise des surfaces d’énergie potentielle des états excités de modèles de ces systèmes. Une méthode performante pour cette modélisation est la méthode « Coupled Cluster » d’ordre 2 (CC2).1,2 Cependant, cette méthode s’avère difficilement applicable à des systèmes de grande taille pour des raisons de temps de calculs et dans les simulations de dynamique non-adiabatique pour des problèmes de convergence. L'objectif principal de ce stage est donc de tester sur une série de peptides protégés les performances d’une méthode de chimie quantique alternative à cette méthode, la méthode ADC(2) (Algebraic Diagrammatic Construction through second order).3 Ce sujet est en lien directe avec des expériences de spectroscopies menées dans l'équipe, expériences utilisant les récents développements des techniques expérimentales de spectroscopie en phase gazeuse.

[1] W. Y. Sohn, V. Brenner, E. Gloaguen and M. Mons, Local NH–π interactions involving aromatic residues of proteins: influence of backbone conformation and ππ* excitation on the π H-bond strength, as revealed from studies of isolated model peptides. PCCP 2016, 18, 29969.
[2] N. Ben Amor, S. Hoyau, D. Maynau and V. Brenner, Low-lying excited states of models proteins: Performances of the CC2 method versus MRCI methods. J. Chem. Phys 2018, 148, 184105.
[3] (a) J. Schirmer, Beyond the random-phase approximation: a new approximation scheme for the polarization propagator. Physical Review A. 1982, 26, 2395. (b) A. B. Trofimov and J. Schirmer, An efficient polarization propagator approach to valence electron excitation spectra. Journal of Physics B. 1995, 28, 2299.
The proteins are endowed with mechanisms of excited-state deactivation following UV absorption. These mechanisms are of major importance for the photochemical stability of these species since they provide them a rapid and efficient way to dissipate the electronic energy in excess into vibration, thus avoiding photochemical processes to take place and then structural damages which affect the biological function of the system. In this context, an efficient modelling of the potential energy surfaces of excited states of model proteins should lead to better understanding the photophysical phenomena involved in the deactivation mechanisms. An efficient method for this modeling is the "Coupled Cluster" method of order 2 (CC2).1,2 However, this method is difficult to apply for large systems due to very long computation times and in non-adiabatic dynamics simulations for convergence problems. The main objective of this internship is then to test on a series of model proteins, capped peptides, the performances of an alternative quantum chemistry method to treat excited states, the ADC (2) method (Algebraic Diagrammatic Construction through Second Order).3 This theoretical work will be backed up by key gas phase experiments performed in the team, experiments using recent development of the spectroscopic techniques in gas phase.

[1] W. Y. Sohn, V. Brenner, E. Gloaguen and M. Mons, Local NH–π interactions involving aromatic residues of proteins: influence of backbone conformation and ππ* excitation on the π H-bond strength, as revealed from studies of isolated model peptides. PCCP 2016, 18, 29969.
[2] N. Ben Amor, S. Hoyau, D. Maynau and V. Brenner, Low-lying excited states of models proteins: Performances of the CC2 method versus MRCI methods. J. Chem. Phys 2018, 148, 184105.
[3] (a) J. Schirmer, Beyond the random-phase approximation: a new approximation scheme for the polarization propagator. Physical Review A. 1982, 26, 2395. (b) A. B. Trofimov and J. Schirmer, An efficient polarization propagator approach to valence electron excitation spectra. Journal of Physics B. 1995, 28, 2299.

Mots clés/Keywords

Calcul d’états excités, Méthodes « Coupled Cluster », Dynamique non-adiabatique
Excited states computation, Coupled Cluster methods, Non-adiabatic dynamics

Compétences/Skills

Au cours du stage, le candidat se formera aux méthodes de calculs d’états excités ainsi qu’à l'utilisation de logiciels de chimie quantique : Turbomole (Méthodes CC2 et ADC(2)) et NEWTON-X (Simulations de dynamique non-adiabatique).
During the course, the candidate will be trained in methods calculating excited states as well as to use quantum chemistry softwares: Turbomole (CC2 and ADC(2) methods) and NEWTON-X (Non-adiabatic dynamics).

Logiciels

Station de travail locales et Supercalculateurs Nationaux
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Dynamique ultrarapide de relaxation de systèmes isolés : sonde à un photon
Ultrafast relaxation dynamics of isolated system: one photon probe

Spécialité

Chimie-physique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30-03-2019

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

POISSON Lionel
+33 1 69 08 51 61

Résumé/Summary

Ce sujet est expérimental. Il porte sur la dynamique femtoseconde et picoseconde de molécules isolées en phase gazeuse. Celle-ci est étudiée par la technique pompe/sonde. L'objectif du stage sera de développer une sonde à un photon en utilisant la génération d'harmoniques d'ordre élevée.
This experimental project deals with the ultrafast reaction dynamics of isolated molecules in the gas phase. The time resolved pump/probe method is used. The objective of the internship is to develop a one photon probe by mean of high harmonic generation.

Sujet détaillé/Full description

La dynamique réactionnelle est une composante importante de la chimie-physique fondamentale. Elle s’intéresse au comportement d'un système moléculaire ou atomique soumis à une excitation externe. Nous nous intéressons plus particulièrement à la dynamique réactionnelle de systèmes isolés (en phase gazeuse) et aux temps très courts (10 fs à 100 ps).

Ce sujet porte sur l'étude de systèmes isolés, soumis à une excitation électronique par une sonde à un photon. Une première partie du stage sera consacrée à l'optimisation d'une source d'harmoniques d’ordre élevé et à sa caractérisation avant son utilisation sur des systèmes physicochimiques. Les études porteront sur des molécules modèles telles que le DABCO ou des molécules photochromiques.
In fundamental physical chemistry, reaction dynamics address the behavior of a molecular or atomic structure which is subsequent to an energy deposition. Our research Group focusses on isolated structures (in the gas phase) at short time scales (10fs to 100 ps).

The project aims at studying isolated molecules after their electronic excitation. In a first step, the internship will be devoted to the optimization and characterization of a high harmonic generation source. It will be used as a probe in a standard pump/probe experiment. Model molecules as DABCO or photochromic molecules will be investigated.

Mots clés/Keywords

Dynamique Réactionnelle, Femtochimie, HHG

Compétences/Skills

Lasers Femtoseconde, technique pompe/sonde, jet moléculaire, Génération d'Harmoniques
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Imagerie par diffraction cohérente de microfissures pour l’aéronautique
Coherent diffractive imaging of microscopic cracks for aeronauticd

Spécialité

Mesures physiques

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

25-04-2019

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

BOUTU Willem
+33 1 69 08 51 63

Résumé/Summary

Le stage consiste à développer un microscope sans lentille utilisant une technique d'imagerie par scan redondant appelée ptychographie pour inspecter des pièces métalliques et y détecter des microfissures de largeur sub-micronique et de longueur millimétrique. Il fait suite à une demande de démonstration de l'avionneur SAFRAN.
The internship consists in developing a lensless microscope using a scanning coherent diffractive imaging technique called ptychography in order to inspect metallic parts to detect microscopic cracks with a sub micron width and a millimetre scale length. This is a collaboration with the SAFRAN company.

Sujet détaillé/Full description

Ce stage de recherche de niveau M2 vise à développer une méthode d’imagerie de surfaces permettant d’atteindre des résolutions submicroniques tout en restant applicable à des surfaces de l’ordre du m². Pour ce faire, nous proposons d’adapter des techniques d’imagerie sans lentille. Ces techniques reposent sur l’utilisation d’une lumière incidente spatialement cohérente – comme un laser – qui va être diffractée par l’objet observé. La source de diffraction peut venir de l’arrangement interatomique pour des cristaux observés par rayonnement X [1] ou de la morphologie même de l’échantillon, celui-ci pouvant alors être observé dans le domaine visible [2]. L’image de diffraction ainsi obtenue est détectée en champ lointain à l’aide d’une caméra. Cependant, celle-ci ne permettant que de détecter l’intensité du champ diffracté, des techniques particulières doivent être mises en œuvre afin de retrouver sa phase, de façon à pouvoir synthétiser l’image de l’objet éclairé dans l’espace réel par une double transformée de Fourier, avec des résolutions spatiales de l’ordre de la longueur d’onde incidente. Parmi les techniques d’imagerie sans lentille, on citera en particulier la ptychographie. Cette méthode consiste à enregistrer un diagramme de diffraction pour différentes positions du faisceau sur l’échantillon, en introduisant une condition de recouvrement spatial. Ce faisant, il devient possible d’imager des structures bien plus grandes que la taille du faisceau cohérent incident. La démonstration du potentiel de la technique pour imager des dislocations a été réalisée récemment dans le domaine des rayons X [3].
Le laboratoire Ultrafast Photonics du CEA/LIDYL adapte et développe depuis 10 ans ces techniques sur des sources lasers extrême UV femtosecondes [4-6] pour l’étude des mécanismes fondamentaux ultrarapides [7]. Au cours de ce stage, nous nous proposons de transposer ces méthodes à un problème macroscopique concret. Plus précisément, nous souhaitons imager des fissures débouchantes sur des pièces métalliques, d’ouvertures lèvres à lèvres sub-microniques mais pouvant s’étendre sur plusieurs cm. Le travail de ce stage consistera à développer un microscope de ptychographie fonctionnant en réflexion et dans le domaine visible (400 nm) ainsi que le code numérique adapté.
Ce travail présente un intérêt fondamental du fait de la mise en œuvre de méthodes d’imagerie des dislocations de surfaces aux échelles submicroniques. Ce volet s’accompagne d’un enjeu industriel, lié au développement de nouvelles méthodes de contrôles non destructifs, d’intérêt majeur pour le groupe SAFRAN, équipementier aéronautique mondial de premier plan, avec qui le stage sera réalisé en partenariat.
Le stagiaire devra faire preuve de solides compétences en optique pour le volet expérimentations et devra savoir développer des codes numériques pour le volet imagerie par ptychographie. Le stagiaire devra aussi avoir le gout du travail en équipe et savoir communiquer. Ce stage pourra éventuellement donner lieu à une poursuite des travaux en thèse, selon la qualité des résultats exploratoires obtenus.
[1] S. Ravy, La diffraction cohérente des rayons X, Reflets de la Physique n° 34, p. 60 (2013)
[2] A. Maiden et al., Superresolution imaging via ptychography, J. Opt. Soc. Am. A, 28, 604 (2011)
[3] V. Jacques et al., Bulk Dislocation Core Dissociation Probed by Coherent X Rays in Silicon, PRL, 106, 065502 (2011)
[4] A. Ravasio et al., Single-Shot Diffractive Imaging with a Table-Top Femtosecond Soft X-Ray Laser-Harmonics Source, PRL. 103, 028104 (2009)
[5] D. Gauthier et al., Single-shot Femtosecond X-Ray Holography Using Extended References , PRL. 105, 093901 (2010)
[6] X. Ge et al., Impact of wave front and coherence optimization in coherent diffractive imaging, Opt. Express 21, 11441 (2013)
[7] B. Vodungbo et al., Laser-induced ultrafast demagnetization in the presence of a nanoscale magnetic domain network, Nat. Comm. 3, 999 (2012)

Mots clés/Keywords

Imagerie sans lentille, imagerie par diffraction cohérente, problème inverse, contrôle non destructif
Lensless imaging, coherent diffractive imaging, inverse problem, non destructive inspection

Compétences/Skills

Ptychographie, imagerie par diffraction cohérente, algorithme de recouvrement de la phase
Ptychography, coherent diffractive imaging, phase retrieval algorithm

Logiciels

Labview, python ou matlab
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Modélisation Monte Carlo / GEANT4-DNA de la chimie radicalaire dans l'eau : nanodosimétrie
Monte Carlo Simulation with GEANT4-DNA of radiation chemistry in water : nanodosimetry concept

Spécialité

Chimie-physique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30-04-2019

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

BALDACCHINO Gerard
+33 1 69 08 57 02

Résumé/Summary

Le stage a pour objet la dosimétrie à l'échelle de la chimie radicalaire déclenchée par une particule de haute énergie (type photon gamma, electron, proton, ion carbone...), c'est à dire à l'échelle du nano-micromètre. Le logiciel GEANT4-DNA permet de simuler sur une échelle de temps allant de la picoseconde jusqu'à la microseconde ,les évènements physiques (ionisation, excitation) et chimiques (système de reactions). Dans le projet ESPRIT, la détermination de la dose à temps court est primodiale en radiobiologie. Son devenir dans la formation d'espèces chimiques radicalaires et moléculaires sera comparé à des mesures faites sur le laser UHI du laboratoire LIDYL.

Sujet détaillé/Full description

Le stage a pour objet la dosimétrie à l'échelle de la chimie radicalaire déclenchée par une particule de haute énergie (type photon gamma, electron, proton, ion carbone...), c'est à dire à l'échelle nano-micromètre. Le logiciel GEANT4-DNA permet de simuler sur une échelle de temps allant de la picoseconde jusqu'à la microseconde ,les évènements physiques (ionisation, excitation) et chimiques (système de reactions). Dans le projet ESPRIT, la détermination de la dose à temps court est primodiale pour son utilisation en radiobiologie et hadronthérapie. Son devenir dans la formation d'espèces chimiques radicalaires et moléculaires sera comparé à des mesures faites sur le laser UHI du laboratoire LIDYL.
Le stagiaire prendra en main le logiciel GEANT4-DNA sur une station de calcul à sa disposition. Les cibles virtuelles seront progressivement complexes, allant de l'eau à la nanoparticule d'or de différentes tailles. Les rayonnements seront aussi variables selon un plan de travail à discuter pour tester l'influence du TEL et de l'énergie de la particule. Puis, la chimie qui est dans GEANT4-DNA, uniquement tournée vers l'eau, inclura de nouvelles molécules pour mimer la réactivité des molécules sonde fluorescentes utilisées dans les expériences de dosimétrie chimique.
Le stagiaire pourra participer à l'une de ses expériences sur le laser UHI du Laboratoire LIDYL.
Un rapport détaillé sera demandé et une participation à l'écriture d'un article aussi.

Mots clés/Keywords

chimie radicalaire, interaction rayonnement matière, haute énergie, nanoparticule

Compétences/Skills

Chimie des solutions, spectroscopie d'absorption, fluorescence Environnement Linux ou Windows virtual machine (VMware) Langage C++

Logiciels

Environnement Linux ou Windows virtual machine (VMware) Langage C++
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Repliement moléculaire assisté par un hétéroatome soufre : caractérisation des interactions intramoléculaires de foldamères par modélisation à l'échelle atomique
Sulfur-assisted molecular folding : characterisation of the intramolecular interactions of foldamers by atomic scale modelling

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

29-03-2019

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

MONS Michel
+33 1 69 08 20 01

Résumé/Summary

L'objectif du stage visera à caractériser les liaisons H intramoléculaires à une série de briques élémentaires de foldamères, toutes contenant un hétéroatome S. Pour chacune d'elles, le paysage conformationnel sera exploré en vue de détecter l'émergence de repliements originaux.
The aim of the internship will be to characterize the intramolecular H-bonding in a series of building blocks of foldamers, all of them containing a S heteroatom. For each of them, their conformational landscape will be explored, in order to detect the emergence of original folding properties.

Sujet détaillé/Full description

Le groupe « Structures BioMoléculaires du LIDYL est impliqué dans une action, financée par l'ANR, visant à optimiser la conception de foldamères, c'est-à-dire, de polymères adoptant des structures secondaires variées, comme des hélices ou des rubans. La démarche s'articule selon trois niveaux, chacun d'eux comportant : i) une modélisation théorique caractérisant les systèmes, ii) leur synthèse et iii) leur caractérisation par spectroscopie laser, notamment.
Le premier niveau traitera des briques élémentaires de ces foldamères et des liaisons Hydrogène qui les stabilisent. Le second traitera des dimères de ces briques élémentaires, notamment pour documenter leur flexibilité et comprendre comment les liaisons H internes aux briques élémentaires la contrôlent. Enfin, dans un troisième temps des oligomères de plus grande taille seront considérés.
L'objectif du stage se concentrera sur le premier niveau et visera à caractériser les liaisons H internes à une série de briques élémentaires de foldamères, toutes contenant un hétéroatome S. Pour chacune d'elles, le paysage conformationnel sera exploré avec une description énergétique réalisé par les méthodes de champs de force, puis raffiné au niveau chimie quantique. Le spectre infrarouge de chacune des conformations moléculaires importantes sera obtenu par chimie quantique, en vue de la confrontation avec des spectres obtenus par spectroscopie laser.
Au cours du stage, le candidat c se formera à l'utilisation de logiciels de :
- calcul de structure moléculaire, au niveau champs de force (AMBER, TINKER) et au niveau chimie quantique (TURBOMOLE),
- calcul des fréquences des modes de vibration des molécules.
- visualisation des structures (Discovery Studio) et des interactions intramoléculaires (NCI-plot)

The "BioMolecular Structures” group at LIDYL is involved in an ARN-funded project aiming at optimizing the design of foldamers, that is, polymers adopting various secondary structures, such as helices or ribbons. The approach is articulated in three levels, each of which comprises: i) a theoretical modeling characterizing the systems, ii) their synthesis and iii) their experimental characterization, in particular using laser spectroscopy.
The first level will deal with the building blocks of these foldamers and the hydrogen bonds which stabilize them. The second will deal with the dimers of these elementary bricks, in particular to document their flexibility and to understand how the internal H bonds to the elementary bricks control it. Finally, in a third stage, oligomers of larger size will be considered.
The objective of the internship, focused on the first level, will consist in characterizing the intramolecular H bonds in a series of foldamer building blocks, all containing a S heteroatom. For each of them, the conformational landscape will be explored, using an energetic description based on the force field methods, then refined at the quantum chemistry level. The infrared spectrum of each of the most stable molecular conformations will be obtained by quantum chemistry, in the perspective of a comparison with spectra obtained by laser spectroscopy in the laboratory.
During the course, the candidate will be trained to use several softwares dedicated to :
- calculation of molecular structures, at the force field (AMBER, TINKER) and quantum chemistry (TURBOMOLE) levels,
- calculation of the frequencies of the vibration modes of the molecules (Turbomole).
- visualization of structures (Discovery Studio) and of intramolecular interactions (NCI-plot)

Mots clés/Keywords

Chimie physique ; Foldamères ; chimie théorique ; Modélisation
Physical chemistry ; Foldamers ; Theoretical chemistry ; Modeling

Compétences/Skills

Au cours du stage, le candidat se formera à l'utilisation de logiciels de : - calcul de structure moléculaire, au niveau champs de force (AMBER, TINKER) et au niveau chimie quantique (TURBOMOLE), - calcul des fréquences des modes de vibration des molécules. - visualisation des structures (Discovery Studio) et des interactions intramoléculaires (NCI-plot)
During the course, the candidate will be trained to use several softwares dedicated to : - calculation of molecular structures, at the force field (AMBER, TINKER) and quantum chemistry (TURBOMOLE) levels, - calculation of the frequencies of the vibration modes of the molecules (Turbomole). - visualization of structures (Discovery Studio) and of intramolecular interactions (NCI-plot)

Logiciels

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Spectroscopie et dynamique de molécules hébergées dans des gouttelettes d'hélium
Spectroscopy and Dynamics of Molecules Embedded in Helium Nanodroplets

Spécialité

Physique moléculaire

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

10-04-2019

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

BRIANT Marc
+33 1 69 08 81 21

Résumé/Summary

L'objectif est d'identifier et de comprendre les processus fondamentaux qui accompagnent l'absorption de lumière par des molécules ou des assemblages moléculaires hébergés dans des gouttelettes d'hélium. Ces études sont orientées pour décrypter les aspects physicochimiques très fondamentaux qui interviennent dans la définition de la structure et la dynamique de systèmes comportant de très nombreux degrés de liberté.
The objective of this internship is to identify and understand the fundamental processes that are turned on when a molecule (or a molecular assembly) absorbs light within a helium nanodroplet. These studies are motivated by fundamental physical chemistry considerations on the structure and dynamics of systems with many degrees of freedom.

Sujet détaillé/Full description

Le stage portera sur des problématiques fondamentales en physico-chimie moléculaire avec pour objectif d’identifier les différents conformères de molécules possédant de nombreux degrés de liberté (les molécules biologiques souvent flexibles, par exemple) ainsi que l’influence de l’environnement sur ces conformères. Le travail, essentiellement expérimental, consistera à utiliser des gouttelettes d’hélium superfluide comme support pour réaliser la spectroscopie de la molécule ou de complexes moléculaires dont nous voulons étudier la structure.
En pratique, les gouttelettes d’hélium sont générées par nucléation lors de la détente supersonique d'hélium gazeux refroidi. Jouer sur les conditions de détente permet d'ajuster la taille des gouttelettes. Le faisceau traverse ensuite plusieurs zones de piégeage collisionnel ce qui permet de déposer dans les gouttelettes, les molécules étudiées ainsi que des molécules de solvant. Une technique développée dans notre laboratoire permet un contrôle strict du nombre de molécules déposées. La stœchiométrie de l’assemblage moléculaire étudié dans ces gouttelettes est donc bien définie. La spectroscopie est réalisée par l’absorption de lumière de longueur d'onde appropriée par la molécule étudiée. La molécule ainsi excitée relaxe ensuite son énergie à l’agrégat d’hélium, le fragilisant et conduisant à l’évaporation de ce dernier. Mesurer la disparition des gouttelettes en fonction de la longueur d'onde du laser d'excitation permet alors de mesurer le spectre d'absorption de la molécule ou du système moléculaire hébergé dans la gouttelette. De tels spectres apportent une information structurale importante. Ces expériences pourront être conduites sur plusieurs dispositifs expérimentaux existants.
The internship will focus on fundamental issues in molecular physical chemistry with the aim of unraveling the conformer landscape of molecules with many degrees of freedom (biological molecules often flexible, for example) as well as the influence of the environment on these conformers. The work, essentially experimental, will consist of using superfluid helium droplets as a support to carry out the spectroscopy of the molecule or molecular complexes of which we want to study the structure.
In practice, the helium droplets are generated by nucleation during the supersonic expansion of cooled helium gas. Playing on the conditions of expansion allows to adjust the size of the droplets. The beam then passes through several collisional trapping zones, which allows the molecules studied to be deposited in the droplets, as well as the solvent molecules. A technique developed in our laboratory allows a strict control of the number of deposited molecules. The stoichiometry of the molecular assembly studied in these droplets is therefore well defined. The spectroscopy is performed by the absorption of light of appropriate wavelength by the molecule or molecular complex studied. The molecule thus excited then relaxes its energy to the helium droplet, weakening it and leading to the evaporation of the droplet. Measuring the disappearance of the droplets as a function of the wavelength of the excitation laser then makes it possible to measure the absorption spectrum of the molecule or the molecular complex hosted in the droplet. Such spectra provide important structural information. These experiments can be conducted on several existing experimental devices.

Mots clés/Keywords

Physique-chimie, spectroscopie moléculaire, laser, spectrométrie de masse, jet supersonique, cryogénie
Physical-chemistry, molecular spectroscopy, laser, mass spectrometry, supersonic beam, cryogenics

Compétences/Skills

Spectroscopie moléculaire Laser Spectrométrie de masse
Molecular spectroscopy Laser Mass spectrometry

Logiciels

C, Python, Word, Excel
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Spectroscopie laser de paires d'ions isolées et microsolvatées
Laser spectroscopy of isolated and microsolvated ion pairs

Spécialité

Chimie-physique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

12-04-2019

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

GLOAGUEN Eric
+33 1 69 08 35 82

Résumé/Summary

Ce stage porte sur la caractérisation par spectroscopie laser IR et UV de paires d'ions moléculaires isolées et microsolvatées. L'objectif est de décrire l'effet d'un contre-ion sur le repliement d'un ion moléculaire, et de caractériser l'organisation locale du solvant autour des ions appariés.
This project aims at studying isolated and microsolvated molecular ion pairs by IR and UV spectroscopy. Several model systems will be investigated to unravel the effect of a counterion on the folding of a molecular ion, and characterize the local organization of the solvent molecules around the paired ions.

Sujet détaillé/Full description

Les paires d'ions sont des objets supramoléculaires omniprésents dans la Nature, depuis l'eau de mer et les aérosols, jusqu'aux organismes vivants. Ces ions appariés constituent les toutes premières étapes de la cristallisation des espèces ioniques, influencent les propriétés des solutions concentrées en ions ou des liquides ioniques, et jouent ainsi un rôle majeur dans d'innombrables applications. Bien qu'étant rencontrées dans de nombreux domaines de la Physique, la Chimie ou la Biologie, leur caractérisation est rendue compliquée par la coexistence de plusieurs types de paires ainsi que par leur nature transitoire en solution. La phase gazeuse présente, en revanche, l'avantage de pouvoir examiner individuellement ces paires d'ions à l'échelle de l'atome par des études de spectroscopie IR et UV. Cette approche, combinée à des calculs de chimie quantique, permet de caractériser la structure de paires d'ions moléculaires flexibles, et d'analyser les interactions non covalentes qui gouvernent leur forme [1].

Le sujet du stage porte sur l'étude de plusieurs systèmes modèles qui permettra d'estimer l'effet du contre-ion sur le repliement d'un ion moléculaire et de décrire l'organisation locale du solvant autour des ions appariés. Le projet principal sera expérimental et permettra de maîtriser un ensemble varié d'équipements (lasers OPO IR, laser à colorant UV, spectromètre de masse à temps de vol, jet moléculaire) et de techniques (désorption laser, spectroscopie double résonance IR/UV, formation des systèmes isolés complexes en phase gazeuse). Le stage permettra également d'aborder le volet théorique de l'étude, donnant ainsi à l'étudiant une vision d'ensemble d'un projet scientifique où expériences et calculs de chimie quantique se complètent.

http://iramis.cea.fr/LIDyL/
http://iramis.cea.fr/Pisp/70/eric.gloaguen.html
[1] Habka, S.; Brenner, V.; Mons, M.; Gloaguen, E. Journal of Physical Chemistry Letters 2016, 7, 1192.
Ion pairs are ubiquitous supramolecular objects in Nature, from sea water and aerosols, to living organisms. These paired ions are the very first step of crystallisation of ionic species, they influence the properties of ion-concentrated solutions or ionic liquids, and play a key role in countless applications. Although they are met in many areas of Physics, Chemistry and Biology, their characterisation is complicated by the co-existence of several types of pairs and their elusive nature in solution. Gas phase studies, however, can investigate neutral ion pairs at the atomic scale by IR and UV laser spectroscopy. Combined to quantum chemistry calculations, this approach can characterize the structure of flexible molecular ion pairs, and analyse the main non-covalent interactions that control their shape [1].

This project aims at studying the effect of a counterion on the folding of a molecular ion, and at describing the local organization of the solvent molecules around the paired ions for a few model systems. The main work will be experimental, and will enable the master student to gain experience on a set of various instruments (OPO lasers, dye lasers, mass spectrometer, molecular beam) and techniques (laser desorption, IR/UV double resonance spectroscopy, formation of complex systems in the gas phase). This project will also address theoretical aspects, giving to the student an overview of a scientific project where quantum chemistry calculations and laser spectroscopy complement each.

http://iramis.cea.fr/LIDyL/
http://iramis.cea.fr/Pisp/70/eric.gloaguen.html

[1] Habka, S.; Brenner, V.; Mons, M.; Gloaguen, E. Journal of Physical Chemistry Letters 2016, 7, 1192.

Mots clés/Keywords

Physico-Chimie Moléculaire
Molecular Physical-Chemistry

Compétences/Skills

Spectroscopie Laser - Spectrométrie de masse - Désorption laser - Jets moléculaires - Chimie quantique - Champs de forces polarisables
Laser Spectroscopy - Mass spectrometry - Laser Desorption - Molecular Beams - Quantum Chemistry - Polarizable Force Field

Logiciels

Turbomole, Tinker, Labview
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Utilisation de sondes fluorescentes dans les nouvelles modalités d'irradiation en hadronthérapie
Using fluorescent probes in new modalities of irradiation in hadrontherapy

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30-04-2019

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

BALDACCHINO Gerard
+33 1 69 08 57 02 / 67 43

Résumé/Summary

Dans le cadre du projet NanoTheRad (IRS Paris-Saclay, phase 2) multipartenaire, l'utilisation des molecules sondes fluorescentes sont au coeur des processus permettant d'améliorer et de personaliser les traitements radiothérapeutiques. Le stage doit permettre d'éclairer les processus chimiques sur 3 modalités ciblées : les débits de dose extremes, l'utilisation de nanoparticules de diamant et l'irradiation alpha.
In the frame of NanoTheRad multipartner projet (IRS Paris-Saclay, phase 2) the use of molecular fluorescent probes are in the core of processus allowing the improving and personalizing of hadrontherapy cancer treatments. This intern should allow the clarification of chemical processes under 3 different modalities of irradiation : extreme dose rates, the use of nanoparticles of diamond and alpha particles.

Sujet détaillé/Full description

Dans le cadre du projet NanoTheRad (IRS Paris-Saclay, phase 2) multipartenaire, l'utilisation des molecules sondes fluorescentes sont au coeur des processus permettant d'améliorer et de personaliser les traitements radiothérapeutiques des cancers.
Le stage doit permettre d'éclairer les processus chimiques sur 3 modalités ciblées : les débits de dose extremes, l'utilisation de nanoparticules de diamant et les irradiations alpha et par jet de plasma froid. Ces modalités seront abordées avec plusieurs partenaires de l'Université Paris Saclay.
Les mécanismes chimiques des sondes ADHP et Résazurine sont connues pour capter efficacement les radicaux OH et electron hydrate, mais aussi permettent de doser H2O2. Les determinations des rendements de ces espèces dans plusieurs cas d'irradiation parmi les modalités précédemment citées devront guider les protocoles pour de futures recherches translationnelles.
Après une bibliographie poussée à la fois sur les sources précitées et leurs effets, les experiences de détermination des rendements seront menées sur chaque plateforme dédiée. Un benchmark sur les méthodes sera alors établi.
In the frame of NanoTheRad multipartner projet (IRS Paris-Saclay, phase 2) the use of molecular fluorescent probes are in the core of processus allowing the improving and personalizing of hadrontherapy cancer treatments.
This internship should allow the clarification of chemical processes under 3 different modalities of irradiation : extreme dose rates, the use of nanoparticles of diamond and irradiation by alpha particles and cold plasma jet. These modalities will be approached with several partnership in University Paris Saclay.
Chemical mecanisms of fluorescent probes such ADHP and Resazurin are known for scavenging efficiently OH and hydrated electron but also hydrogen peroxide. The yield determinations of these species under several type of irradiation among those previously cited will guide future protocoles of a translational research to clinical applications.
After a deep bibliographic work about irradiation source effects the student will perform experiment to determine yield of transient species by using several platforms in Paris Saclay. A method benchmark will be then proposed.

Mots clés/Keywords

Chimie sous rayonnement, spectroscopie de fluorescence et d'absorption UV Visible
Radiation chemistry, fluorescence and absorption spectroscopies

Compétences/Skills

Spectroscopie UV visible Spectroscopie de fluorescence
UV visible absorption spectroscopy Fluorescence spectroscopy

Logiciels

Windows, office
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