Molécules et Nanosystèmes Multi-émissifs et Photocommutables

Multi-emissive and Photoswitchable Molecules and Nanosystems

• Auteur / Autrice : Corentin Pavageau
• Direction : Keitaro Nakatani, Rémi Métivier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 09/09/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Suzanne Fery-Forgues
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Keitaro Nakatani, Rémi Métivier, Suzanne Fery-Forgues, Nathan McClenaghan, Olivier Soppera, Pei Yu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathan McClenaghan, Olivier Soppera

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photophysique

Nanoparticules organiques fluorescentes

Photochromes

Mots clés libres

Photochrome

Fluorescence

Nanoparticules

Transfert d'énergie

Photochromic dye

Fluorescence

Nanoparticles

Energy transfer

Résumé

Ce projet de thèse consiste dans un premier temps à synthétiser des systèmes moléculaires multifonctionnels possédants un grand nombre d’entités fluorescentes et photochromes. De telles architectures nécessitent ensuite une étude photophysique poussée pour caractériser leurs propriétés d’émission photo-activée pour jouer le rôle de sondes moléculaires fluorescentes super-résolutives en imagerie de fluorescence. En effet, l’accès aux observations nanométriques par microscopie optique est actuellement un domaine de recherche extrêmement actif et prometteur. Ici, la combinaison astucieuse de molécules photochromes (de type diaryléthène) et fluorescentes (de type dicyanométhylène pyranes ou benzophénoxazines) à l’échelle nanométrique, grâce à des plateformes moléculaires telles que des oligosaccharides et des peptides fonctionnalisés par “chimie click”, doit permettre d’obtenir des structures aux géométries variées avec des distances et orientations inter-chromophores diverses, dont l’optimisation doit conduire à des interactions efficaces menant à l’émergence d’effets collectifs coopératifs. Pour ces assemblages moléculaires mixtes, il est attendu que la présence d’une unité photochrome puisse engendrer l’extinction de fluorescence de plusieurs fluorophores lorsque ces entités sont situées à une distance appropriée pour que le transfert d’énergie ait lieu de manière amplifiée. Par ailleurs, même une faible conversion des photochromes doit permettre d’atteindre un contraste de fluorescence extrêmement efficace avoisinant 100% et ainsi obtenir des super-molécules dont la photo-commutation serait rapide et économe en photons. Il s’agira enfin de démontrer que les systèmes moléculaires multichromophoriques ainsi optimisés présentent le comportement souhaité à l’échelle de la molécule unique pour l’imagerie de fluorescence super-résolution.

The synthesis of photoswitchable emissive molecular system still represents a challenge, in order to develop fluorescence-based devices for nanotechnologies. In the last decade, excitation energy transfer processes (EET) have been advantageously employed to design photoswitchable fluorescent molecular systems between a photochromic dye and an appropriate fluorescent molecule. More recently, photochromic dyes of particular interest, showing no emission in the open-form (P-OF) but a strong emission signal in the closed-form (P-CF), have been developed. Such molecules allow a multi-emission switch when combined with a fluorescent moiety. In this project, we will design and synthesize fluorescent photochromic diarylethene covalently linked to different fluorophores, such as benzothiadiazole (BTD) and BODIPY derivatives. By choosing a fluorophore moiety with blue/green emission (F) and a photochromic moiety with orange/red emission in closed-form (P-CF), EET can occur between F and P-CF leading to photoswitchable multi-emission properties. Photophysical characteristics of dyads will be studied by spectroscopy with the aim of presenting their light-controllable optical properties and the intramolecular EET processes between fluorescent and photochromic moieties.