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Nanoparticules d'or pour la plasmonique et la nanomédecine
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Nanoparticules d'or pour la plasmonique et la nanomédecine

Divers exemples de synthèse par chimie colloïdale de nanoparticules d'or et leur auto-organisation spontanée à une(1D) ou 3 dimensions (3D).

Responsable : Sylvie MARGUET

Participants: Aurélie Habert, Jérôme Caron (Master-2), Mohammad Khaywah (Post-doc)

IRAMIS-NIMBE-LEDNA (Laboratoire Edifices Nanométriques)

Résumé: notre objectif est de tirer parti de l'interaction lumière-matière dans des nano-hybrides,  constitués de nanoparticules d'or (AuNPs) colloïdales, dont la morphologie est optimisée, pour générer de la lumière, de la chaleur ou des porteurs de charge, selon l'application visée*.              

* ce thème est en lien avec ceux développés au sein de deux groupements  de recherche (GdR) du CNRS en France. Les GdR Or-nano et  GdR PMSE (Plasmonique Moléculaire et Spectroscopies Exaltées).


          … pour la  PLASMONIQUE: depuis 2008 :

Collaborations : CEA-SPEC; L2n-Troyes; ISMO-Orsay; IS2M-Mulhouse; ILM-Lyon, ..

 

     La plasmonique est une discipline à l'interface entre la physique, la chimie et la biologie. L’excitation de la résonance plasmon d’une nanoparticule (NP) métallique permet de générer des champs électromagnétiques très intenses, confinés à la surface de la NP, qui peuvent être utilisés pour exalter ou initier une réaction photochimique dans un « chromophore » placé à proximité. Le confinement du champ électromagnétique autour  d’une NP colloïdale, monocristalline et non rugueuse, est supérieur à celui ’upérieur à celui d'mission de lumière dont on peut facilement conts d'autour du même objet fabriqué par nanolithographie. La relaxation du plasmon, qui accompagne cet effet d’amplification, se fait selon des voies de relaxation ultra-rapides, en compétition les unes avec les autres. Leur importance relative dépend, de la morphologie de la NP, de son environnement "proche" et du mode d'irradiation. Ainsi, les NPs d’or peuvent se comporter comme des nanosources de lumière, de chaleur ou de porteurs de charges (électron, trou), selon la voie de désactivation qui prédomine. Pour ce qui est de la morphologie, c'est la taille, la présence de pointes et le rapport d'aspect (surface/volume) de la NP qui comptent. L’environnement désigne à la fois les «chromophores» adsorbés à la surface de la NP et notamment leurs niveaux d'énergie (HOMO-LUMO pour une molécule ou VB-CB pour un semi-conducteur) ainsi que la  présence éventuelle d’une couche à l’interface (résidus de surfactant, couche isolante..). Enfin, le mode d'irradiation, continu ou pulsé à différentes échelles de temps de la micro- à la femto-seconde, est aussi un paramètre clé pour l’observation de ces trois types de nanosources.

Nous synthétisons des NPs d’or (Au-NP) en contrôlant  minutieusement leur morphologie (taille, forme) et leur structure cristalline. Certaines de ces AuNPs ne sont produites que dans quelques laboratoires à travers le monde. Les microplaquettes (triangulaires, hexagonales ou en forme de disque), atomiquement planes, sont prometteuses pour la nanofabrication FIB de motifs monocristallins, non accessibles autrement. Un grand nombre de protocoles sont en cours d'élaboration pour des finalités diverses : i) remplacement du surfactant initial par d'autres molécules plus appropriées ; ii) dispersion homogène des NPs sur divers supports ; iii) auto-assemblage en une (1D), deux (2D), ou trois  dimensions (3D) pour fabriquer des « points chauds » ; iv) enrobage par une couche de silice d'épaisseur variable. Des applications liées à l’environnement et à l’énergie sont envisagées, à plus long terme, via la synthèse de nanoparticules multimétalliques du type Au@X (avec X= Pd, Pt, Au, Ag or TiO2) qui combine un composant plasmonique (Au)  et un catalyseur pour la catalyse plasmonique et la nanophotochimie induite par plasmon.                                        

       …  pour la MEDECINE : depuis 2018 :

                                                  Collaborations: LPQM-CentraleSupelec, LAC-Orsay, CEA-SPEC, PPSM-ENS,  ..

 

Nous produisons des nanoparticules cœur-coquille Au@silice qui ont un fort potentiel comme agent de contraste pour de nombreuses techniques d’imagerie médicale (photoacoustique, diffusion champ sombre, luminescence multi-photonique, Ultrasons à haute fréquence, contraste de phase quantitatif, tomographie par ordinateur…). En ce sens, le projet ANR SINAPSE, récemment accepté vise à développer une nouvelle classe de NP pour l'imagerie neuronale (coord F. Marquier). Les NPs d’or sont d’excellents capteurs (e.g  test de grossesse) du type LSPR, SERS, Fluorescence, Pression ... Dans le domaine de la photothérapie, les NPs d'or présentant un rapport d'aspect (longueur/épaisseur)  élevé, tels que les fils et les plaquettes, sont très intéressantes car elles peuvent être excitées par des photons infrarouges, dans les premières fenêtres (I,II,III,IV) de transparence des tissus biologiques. La génération de chaleur induite par plasmon (PTT ; photothermal therapy) et plus récemment la génération de R.O.S. (reactive oxygen species) à partir de NPs d’or seules (c.a.d. sans photosensiblisateur) est une approche originale pour traiter les tumeurs, en particulier en absence d'oxygène, lorsque la  PDT (photodynamic therapy) conventionnelle, basée sur l’utilisation de molécules type porphyrine à l'état triplet excité triplet, ne peut pas fonctionner. Le projet HEPPROS (plan cancer) a pour but d’étudier la génération de chaleur et de R.O.S. telles que 1O2, OH., O2.-, H2O2 pour diverses morphologies de NPs d’or et ainsi mieux comprendre les mécanismes transitoires complexes impliqués à l'interface AuNP/adsorbat moléculaire (coord B. Palpant).


 

Collaborations financées (passées et actuelles) :

SINAPSE” (2019-2021)  ANR : Silicon Carbide NanoProbes and optical Signal Enhancement for intracellular transport investigation in 3D cultures of neurons

  1. - F. Marquier, F. Treussard, M. Simonneau, LAC
  2. - C. Fiorini, S. Vassant, S. Marguet et al, CEA-IRAMIS
  3. - J.J. Greffet, M. Besbes, IOGS
  4. - N. Lequeux, Th. Pons, ESPCI

HEPPROS” (2018-2020)  Plan Cancer : Highly Efficient Plasmonic Production of Reactive Oxygene Species for Photodynamic Therapy:

  1. - B. Palpant, LPQM, Centrale Supélec
  2. - L. Douillard, C. Fiorini et al, CEA-SPEC
  3. - R. Pansu, PPSM, ENS
  4. - S. Marguet et al, CEA-NIMBE   
  5. - G. Bousquet, Inserm, H. Saint Louis

HAPPLE”  (2013-2016) ANR :  Hybrid Anisotropic Plasmon-Photonics for Light Emission:

  1. - R. Bachelot, P.M. Adam, J. Plain et al, LNIO, Troyes
  2. - O. Soppera et al, IS2M, Mulhouse
  3. - C.Fiorini, L. Douillard, F. Charra, CEA
  4. - S. Marguet et al, CEA-NIMBE  

COSSMET”  (2014-2015) DIM Nano-K : Contrôle Spectral et Spatial des plasmons de surface Excités par Microscopie à Effet Tunnel
           1- E. Le Moal, E. Boer-Duchemin, G. Dujardin,  ISMO, Orsay
           2- S. Marguet et al, CEA -NIMBE  


 

Maj : 30/10/2018 (2234)

 

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