Applications de la spectroscopie ultrarapide à l’étude de sondes locales d’environnement et d’interactions biomoléculaires

Applications of time-resolved spectroscopy for microenvironment sensing and biomolecular interactions studies

• Auteur / Autrice : Anastasia Ioanna Skilitsi
• Direction : Jérémie Léonard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 30/11/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Didier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ulrich Hassiepen
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Simon Ameer-Beg, Fabienne Mérola

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biocapteurs

Sondes fluorescentes

Chromophores

Microfluidique

Spectroscopie résolue en temps

Mots clés libres

Interactions biomoléculaires

Biocapteurs

Effet du microenvironnement

Spectroscopie résolue en temps

Gouttelette microfluidique

Déséquilibre

Haut débit

Biomolecular interactions

Biosensors

Microenvironment effect

Time resolved spectroscopy

Droplet microfluidics

Out-of-equilibrium

High-throughput

Résumé

La spectroscopie UV-Vis résolue en temps a été appliquée à l'étude de différents systèmes moléculaires dont la photophysique est contrôlée par leur interaction avec l’environnement, mais aussi comme outil pour révéler des interactions moléculaires ou des dynamiques structurelles à des échelles de temps comparativement lentes (sec à min.), en utilisant la microfluidique de gouttes pour déclencher une relaxation structurale par des conditions initiales hors équilibre. J'ai appliqué cette approche selon trois axes allant de 1) l'étude approfondie des propriétés émissives des biosenseurs afin de permettre leur utilisation quantitative dans les études d'interactions biomoléculaires, à 2) le développement d'une approche expérimentale originale pour permettre la résolution la cinétique de relaxation structurelle d'une répartition hors équilibre des structures biomoléculaires, et enfin 3) l'application aux biotechnologies à haut débit de la fluorescence résolue en temps pour des analyses d'interactions biomoléculaires précises et rapides, pertinente à la fois pour les domaines académiques et industriels.

In the context of the present thesis, UV-Vis time-resolved spectroscopy was applied targeting the photophysics investigation of different environmentally sensitive molecular systems, but also as a biosensing approach to reveal molecular interactions or structural dynamics on much slower time scales (sec to min), using droplet microfluidics triggering structural relaxation through out-of-equilibrium initial conditions. I thus investigated on a three-axis-target spanning from 1) the in-depth investigation of the emissive properties of biosensors in order to allow their quantitative use in biomolecular interaction studies, to 2) the development of an original experimental approach to enable resolving the structural relaxation kinetics of an out-of-equilibrium distribution of biomolecular structures, and finally 3) the technological application of time resolved fluorescence for precise, rapid, cost effective, biomolecular interaction assays, appealing both for academic and industrial arenas.