Etudes photophysiques de surfaces luminescentes nanostructurées

Photophysical investigations of nano-structured luminescent surfaces

• Auteur / Autrice : Miaobo Pan
• Direction : Rachel Méallet-Renault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 12/07/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences moléculaires d'Orsay (2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Antoine Pallandre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Malval, Virginie Monnier, Chloé Grazon, Michel Sliwa
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Malval, Virginie Monnier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Surfaces hydrophobes

Spectroscopie de fluorescence

Microscopie de fluorescence

Nanostructures

Luminescence

Mots clés libres

Luminescence

Nanostructures

Sonde de pH

Surface

Luminescence

Nanostructures

. pH probe

Surface

Résumé

Deux types de surfaces nanostructurées ont été conçues et étudiées afin de contribuer à la lutte contre la résistance aux antimicrobiens (RAM). La microscopie et la spectroscopie de fluorescence ont été choisies comme outils pour étudier l'interaction entre les surfaces et les bactéries. Dans la première partie, nous nous sommes concentrés sur l'étude de films polyaromatiques superhydrophobes et obtenus par électropolymérisation. En spectroscopie stationnaire en raison de la forte absorption et de la polydispersité des films il est difficile d'obtenir des spectres d'absorption et d'émission de ces films déposés sur ITO. Cependant la microscopie confocale a permis d'obtenir des images en intensité de fluorescence qui correspondaient bien à la morphologie de la surface observée par MEB. L'interaction de bactéries avec ces revêtements polymères luminescents et hydrophobes n'a pu être étudiée. La durabilité et la stabilité mécanique de la surface doivent être améliorées. Dans la deuxième partie, nous avons développé une nouvelle nanoplateforme fluorescente ratiométrique pour mesurer le pH non seulement en solution mais aussi sur des surfaces. Cette nanoplateforme est basée sur des nanoparticules fluorescentes (FNP) avec un « cœur » de BODIPY (red-BDPMA) émettant dans le rouge et un dérivé de fluorescéine sensible au pH greffé sur l'extérieur. Ces nanosondes ont d'abord été entièrement caractérisées en suspension (absorption, émission, sensibilité au pH). De plus, nous avons démontré qu'un transfert d'énergie résonant de Förster (FRET) limité mais contrôlé se produit entre le red-BDPMA et le dérivé de fluorescéine. Ensuite, deux stratégies ont été choisies pour concevoir une surface de verre "nano-décorée" : les méthodes en 1 étape et en 2 étapes. La stratégie en 1 étape permet de greffer directement des FNP ratiométriques sensibles au pH sur une surface de verre silanisé. Elle a permis de mesurer le pH avec une bonne sensibilité et une bonne réversibilité. Le suivi de la croissance d'E. coli dans une gamme de pH physiologique a également été effectué. Dans le cas de la stratégie en deux étapes, les FNPs ont été introduites sur la surface de verre silanisé en premier lieu. Le greffage du dérivé de la fluorescéine sur les FNP immobilisées sur le verre a ensuite été effectué. Avec la stratégie en 2 étapes, l'ajustement de la concentration du BDPMA rouge et du dérivé de fluorescéine pourrait être bénéfique pour mieux contrôler le signal à double émission de la plateforme finale.

Two types of nano-structured surfaces were designed and investigated in order to contribute to Antimicrobial Resistance (AMR) fight. Fluorescence microscopy and spectroscopy were chosen as tools to investigate the surfaces and bacteria interaction. In the first part we focused on polyaromatics superhydrophobic electropolymerized films. Although it's hard to get absorption and emission spectra of the ITO-based films from a standard steady-state equipment due to high absorption and polydispersity of polymer films, confocal microscopy could give fluorescent images that corresponded well with surface morphology observed by SEM. We believe that bacteria interaction with such luminescent and hydrophobic polymer coating could provide a strategy to fight AMR. However, durability and mechanical stability of the surface should be improved. In the second part we developed a new ratiometric fluorescent nanoplatform to monitor pH not only in solution but also on surfaces. The nanoplatform is based upon fluorescent nanoparticles (FNPs) with a red-emitting BODIPY (red-BDPMA) core and a pH-sensitive fluorescein derivative grafted on the outer shell. Such nanoprobes were first fully characterized in suspension (absorption, emission, pH sensitivity). Moreover, we demonstrated that a limited but controlled Förster Resonant Energy Transfer (FRET) occurs between red-BDPMA and fluorescein derivative. Then two strategies to design “nano-decorated” glass surface were chosen: 1-step and 2-steps methods. 1-step strategy allows to directly graft ratiometric pH sensitive FNPs on a silanized glass surface. It allowed pH measurement with a good sensitivity and reversibility. Monitoring of E. coli growth under physiological pH range was also conducted. In the case of 2-steps strategy, FNPs were introduced to silanized glass surface in the first place. Followed with fluorescein derivative's modification to the immobilized FNPs on the glass. With 2-steps strategy, tuning the concentration of both red-BDPMA and fluorescein derivative could be beneficial to better control the dual-emission signal of the final platform.