Nanoplaquettes semi-conductrices : un nouveau fluorophore pour la biologie

Semiconductor nanoplatelets probes for biodetection

• Auteur / Autrice : Djamila Kechkeche
• Direction : Benoît Dubertret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 10/10/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (Paris ; 2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Carole Aimé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Doris, Alain Wagner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Copolymères

Ligands

Nanocristaux semiconducteurs

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoplaquettes

Échange de ligands

Copolymère

Bio-fonctionnalisation

Bio-détection

Cytométrie en flux

Nanoplatelets

Ligand exchange

Biofonctionnalization

Résumé

Les nanoparticules colloïdales de semi-conductrices bidimensionnelles, connues sous le nom de nanoplaquettes (NPLs), ont récemment attiré une attention particulière dans la littérature en raison de leurs propriétés optiques uniques par rapport aux nanocristaux sphériques et aux fluorophores organiques conventionnels. Les NPLs présentent des spectres d’émission de fluorescence avec une largeur à mi-hauteur très étroite qui permet d’obtenir une très bonne pureté à la couleur. La fluorescence monochromatique des NPLs les rend attractive pour une utilisation en tant que sondes fluorescentes pour des applications en cytométrie et en imagerie. Cependant, les NPLs sont synthétisées dans des solvants organiques et elles sont recouvertes par des ligands hydrophobes natifs qui les rendent insolubles dans l'eau. Ainsi, un défi actuel est de stabiliser les NPLs dans des milieux aqueux compatibles avec les environnements biologiques. Ici, nous présentons pour la première fois la dispersion dans l'eau de quatre couleurs de NPLs distinctes par un échange de ligands réalisé en deux étapes avec un copolymère multidentate. Les NPL dispersées dans l’eau montrent une stabilité colloïdale à long terme dans plusieurs milieux et conditions tout en conservant leurs propriétés optiques. Pour démontrer le potentiel des NPLs pour des applications biologiques, nous les avons fonctionnalisées avec différentes molécules biologiques telles que la mCherry, l’eGFP, l’ADN, la streptavidine (SAV) ou les anticorps (Ac) soit par couplage non covalent basé sur le principe d’affinité de séquence de polyhistidine soit par un couplage covalent. Nous avons montré que l'indice de marquage des conjugués NPL-SAV est plus élevé que celui des fluorophores standards tels que Brilliant Violet 650TM. Des conjugués NPL-Ac ont également été utilisés pour marquer les lymphocytes humains. Cette nouvelle méthode de stabilisation et de fonctionnalisation des NPLs dans l'eau les rend bien adaptés et disponibles pour des applications dans la coloration cellulaire multiplexée.

Two-dimensional colloidal semiconductor nanoparticles, known as nanoplatelets (NPLs), have recently attracted considerable attention in literature as a result of their unique optical properties when compared to spherical nanocrystals and conventional organic dyes. NPLs exhibit ultra-narrow emission line-widths, allowing for super color purity. The monochromatic nature of NPLs make them desirable for use as fluorescent probes for cytometric and imaging applications. However, NPLs are synthetized in organic solvents and their native coatings are hydrophobic ligands, making them insoluble in water. Thus, a current challenge in the field is to stabilize NPLs in aqueous media compatible with biological environments. Here, we present for the first time the water-dispersion of four distinct NPL colors by a two-step ligand exchange with a multidentate copolymer. The ligand exchanged NPLs show long-term colloidal stability in several mediums and conditions while maintaining their optical properties. To demonstrate the NPLs potential for biological applications, we functionalized them with different biological molecules such as mCherry, eGFP DNA, streptavidin (SAV) or antibodies (Ab) through histidine based self-assembly or covalent coupling. We show that the staining index of NPLs-SAV conjugates is higher than that of standard fluorophores such as Brilliant Violet 650TM. NPLs-Ac conjugates were also used to stain human lymphocytes. This new method of stabilizing and functionalizing NPLs in water make them well suited and available for applications in multiplexed cellular staining.