Contrôle de la fluorescence dans des nanoparticules organiques par transfert d’énergie en vue d’applications en bioimagerie

Controlled switching of fluorescent organic nanoparticles through energy transfer for bioimaging applications

• Auteur / Autrice : Kateryna Trofymchuk
• Direction : Andrey Klymchenko
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique-nanophysique
• Date : Soutenance le 16/12/2016
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biophotonique et pharmacologie (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Ludovic Jullien
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andrey Klymchenko, Ludovic Jullien, Rémi Métivier, Jérémie Léonard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ludovic Jullien, Rémi Métivier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert d'énergie

Fluorescence

Imagerie en biologie

Nanoparticules organiques fluorescentes

Mots clés libres

Nanoparticules fluorescentes organiques

Transfert d’énergie d’excitation

Bioimagerie

Fluorescent organic nanoparticles

Excitation energy transfer

Bioimaging

Résumé

Les performances des techniques de bioimagerie et de biodétection peuvent être améliorées grâce aux nanoparticules fluorescentes (NPs) permettant un transfert d’énergie résonante de type Förster (FRET) efficace. Le but de mon projet de thèse est le développement de NPs polymériques brillantes et ultrastables encapsulant des fluorophores, capables de produire un FRET au-delà du rayon de Förster. Il a été montré que les groupements encombrés sont essentiels pour minimiser l’auto-extinction et le blanchiment des fluorophores encapsulés. Par ailleurs, la matrice polymérique joue un rôle crucial dans le contrôle de l’effet collaboratif entre fluorophores du au transfert d’énergie d’excitation. Puis, en utilisant cet effet collaboratif entre fluorophores, nous avons conçu des NPs présentant une photocommutation efficace, ainsi qu'un phénomène de "light harvesting" très important. Enfin, de très petites NPs avec un FRET efficace à leur surface ont été élaborées et appliquées pour la détection ultra-sensible de protéines. Les résultats obtenus fournissent de nouvelles perspectives dans le développement des nanoparticules brillantes avec un transfert d'énergie efficace, ainsi que des nano-sondes pour la détection de molécules uniques.

Performance of biosensing and bioimaging techniques can be improved by fluorescent nanoparticles (NPs) capable of efficient Förster resonance energy transfer (FRET). The aim of my PhD project is to develop bright and photostable dye-loaded polymer NPs capable to undergo efficient FRET beyond the Förster radius. We showed that bulky groups are essential for minimizing self-quenching and bleaching of encapsulated dyes. Moreover, polymer matrix plays a crucial role in controlling the inter-fluorophore communication by excitation energy transfer. Then, by exploiting communication of dyes, we designed NPs exhibiting efficient photoswitching as well as giant light-harvesting. Finally, very small NPs with efficient FRET to their surface were developed and applied for ultra-sensitive molecule detection of proteins. The obtained results provide new insights in the development of bright nanoparticles with efficient energy transfer as well as nano-probes for single-molecule detection.