Détection de molécules d'acides aminés par des nanotubes de carbone chiraux

par Delphine Vardanega

Thèse de doctorat en Physiques

Sous la direction de Claude Girardet, Fabien Picaud et de Tijani Gharbi.

Soutenue le 18-09-2012

à Besançon , dans le cadre de École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....) , en partenariat avec Nanomédecine, imagerie, thérapeutique (Besançon) (laboratoire) et de Nanomédecine- imagerie- thérapeutique (laboratoire) .

Le président du jury était Christian Minot.

Le jury était composé de Claude Girardet, Fabien Picaud, Christian Minot.

Les rapporteurs étaient Lucyna Firlej, Edward McRae.


  • Résumé

    La nécessité de différencier les molécules biologiques selon leur chiralité est d'un intérêt majeur dans l'industrie pharmaceutique. Un nanotube de carbone chiral placé dans une configuration de résonateur diélectrique gigahertz permet de détecter sélectivement et de façon réversible les énantiomères (gauche et droit) d'acides aminés adsorbés sur le résonateur, via la variation de sa fréquence. la sensibilité du capteur est optimisée quand l'angle chiral du nanotube avoisine 15°. pour améliorer les performances de sélectivité chirale du capteur et de conserver sa réversibilité d'adsorption, une hélice peptidique insérée à l'intérieur du nanotube permet de supprimer le contact direct entre le peptide et la molécule sondée. L'hélice peptidique polaire induit sur le nanotube un champ dipolaire chiral, qui exalte les effets non linéaires de polarisation à la surface du tube et augmente la sélectivité. En fonctions des propriétés électriques de l'hélice et du tube , la sélectivité chirale du capteur fonctionnalisé est augmenté de 50 à 10% par rapport au capteur initial. La chiralité des nanotubes de carbone joue un rôle prépondérant dans la stabilisation des nanotubes doubles parois (DWNTs), notamment si les deux parois sont de la même chiralité. Les modes de vibration du tube sont alors grandement modifiés. Par une étude d'un grand nombre de (DWNTs), des lois simples connectant le rayon, l'angle chiral, la longueur des tubes ont été obtenues pour décrire la discrimination chirale en énergie et l'influence de la chiralité sur les modes de vibration Raman de DWNTs.L'extension de ce travail sera d'utiliser les DWNTs comme détecteurs de structures chirales de plus grande dimension.

  • Titre traduit

    Chiral carbone nanotubes used as sensors of amino acids


  • Résumé

    Sorting biological molecules according to their chirality appears a challenge for the parmaceutical industries. Chiral carbon nanotubes formed by rolling up grapheme sheet(s) in a helical arrangement are used in a gigahertz resonator configuration to selectively and reversely detect the right and left handed enantiomers of amino acids. The chiral selectivity is probed through the modification of the resonance frequency of the nanotube, the variations depending on the polarization of the tube and the molecule. The sensitivity of the resonator is optimized when the chiral angle is around 15°. To improve the chiral recognition of molecules by the nanotube and to keep reversibility, the inclusion of peptidic helices inside a single walled nanotube (SWNT) avoids a direct interaction between the peptide and the tube. The polar nature of the helix is responsible for the occurrence of a chiral electric field, which polarizes the tube. Depending on the chiral electric properties of the helix and the nanotube, the sensitivity of the resonator is enhanced from 50 to 100 %. Chirality of carbon nanotubes plays a major influence in the structure stabilization of double-walled nanotubes (DWNTs). The role of chirality in the formation of the inner and outer walls of the DWNTs depending on the radius, chiral angle, length of the tubes has been studied. From an analysis of a large sampling of DWNTs, simple rules connecting RT, θ and LT have been found. The Raman vibrational modes of the DWNT provide information on the chiral arrangement of the two walls. With a larger diameter than the SWNTs, the DWNTs used in resonator configuration could be efficient probes of larger chiral species.


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  • Détails : 1 Vol (215p)
  • Annexes : Bibliogr. (205-215p)

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  • Cote : SCI.BESA2012.9
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