Nanostructures plasmoniques dynamiques assemblées sur ADN

Dynamic plasmonic nanostructures assembled on DNA

• Auteur / Autrice : Laurent Lermusiaux
• Direction : Sébastien Bidault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 08/01/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Langevin-Ondes et images (Paris ; 1997-....) - Institut Langevin-Ondes et images (Paris ; 1997-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zoher Gueroui, Natalia Del Fatti, Gilles Tessier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jérôme Plain, Martinus Werts

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmons

Capteurs optiques

Mots clés libres

Nanotechnologies ADN

Auto-Assemblage

Plasmon

Spectroscopie de diffusion

Nanostructure unique

Capteurs optiques

Single nanostructure

Scattering spectroscopy

Résumé

Nous montrons comment des dimères de nanoparticules d'or, assemblés sur un brin d'ADN unique présentant un site de reconnaissance spécifique, fournissent une réponse optique macroscopique dépendant de leur environnement chimiqueLa séparation électrophorétique nous permet de préparer des suspensions purifiées de dimères de nanoparticules d'or de diamètre allant de 8 à 60 nm, et possédant différentes chimies de surface, avec une pureté pouvant atteindre 90%. L'échafaudage d'ADN contient une structure tige-boucle permettant de modifier réversiblement la structure du dimère en présence d'un brin d'ADN cible. Les distances interparticules (D), estimées en TEM cryogénique, peuvent varier de façon réversible jusqu'à un facteur 3 pour des sphères d'or de 8 nm de diamètre.Afin de traduire le changement conformationnel de l'échafaudage d'ADN en un signal optique mesurable, nous mesurons les spectres de diffusion de dimères uniques de nanoparticules d'or de 40 ou 60 nm de diamètre, en chambre microfluidique.Nous avons pu, en augmentant la concentration saline locale, diminuer progressivement D à l'échelle nanométrique, de 20 à 1 nm, ce qui se traduit par un décalage spectral de la résonance vers le rouge. La bonne corrélation entre les réponses spectrales de dimères uniques, estimées avec un spectromètre ou une caméra CCD couleur, nous permet de démontrer une méthode de détection en champ large et à bas coût, de la déformation nanométrique de ces nanostructures. L'utilisation de ligands amphiphiles nous a permis d'optimiser la stabilité colloïdale des dimères de particules d'or pour minimiser leur sensibilité à la force ionique locale et aux changements de température.

We demonstrate how gold nanoparticle dimers assembled around a single DNA template exhibiting a specific recognition site, provide a macroscopic optical signal depending on their chemical environment. Electrophoresis enables us to produce purified suspensions of gold nanoparticle dimers, with particle diameters ranging from 8 to 60 nm, with different surface chemistries and sample purities as high as 90%. The DNA template features a hairpin loop in order to switch its shape reversibly when binding a target DNA strand. Interparticle distances are estimated using cryo-electron microscopy and indicate a reversible change of the surface-to-surface distance by a factor of 3 in the case of 8 nm diameter gold particles. In order to translate the dynamic switching of a single DNA scaffold in a measurable optical signal, we study the scattering cross-sections of single 40 nm or 60 nm diameter gold nanoparticle dimers, in microfluidic conditions. We are able to progressively decrease the interparticle distance, at the nanometer scale, by increasing the local salt concentration. This deformation results in a spectral shift of the resonance (up to 100 nm) corresponding to a decrease of the interparticle distance from 20 to 1 nm. Moreover, the good correlation between the spectral responses of individual dimers, estimated using a spectrometer or a CCD color camera, enables us to demonstrate a wide-field low-cost detection method of the nanometric deformation of these nanostructures. Using amphiphilic ligands enables us to optimize the colloidal stability of gold nanoparticle dimers in order to minimize their sensitivity to the local ionic strength and temperature changes.