Mesure de température sans contact, en temps réel et à l’échelle cellulaire, par photoluminescence de nanoparticules de sulfure d’argent

Ag2S nanoparticle-based thermal sensing in real-time and at cellular scale

• Auteur / Autrice : Lise Abiven
• Direction : Corinne Chanéac, Florence Gazeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 14/02/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Roux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luis António Ferreira Martins Dias Carlos, Thomas Pons, Bruno Viana
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Claire Mangeney, Hélène Brault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules d'argent

Photoluminescence

Nanotechnologie

Thermométrie -- Instruments

Mots clés libres

Nanothermométrie

Photoluminescence

Hyperthermie

Sulfure d’argent

Chauffage micro-ondes

Interaction lumière-matière

Nanothermometry

Photoluminescence

Hyperthermia

Silver sulfide

Résumé

Nous avons développé une nanosonde de température basée sur la photoluminescence du sulfure d’argent. La mesure de température locale repose sur la dépendance du spectre d’émission du nanothermomètre à sa température de cœur. Tout d’abord, nous avons développé une méthode de production de nanocristal semiconducteur d’Ag2S à faible impact environnemental. Les nanoparticules sont formées directement dans l’eau sous l’effet d’un court chauffage micro-ondes (5min). Nos matériaux sont « prêts à l’emploi », en une seule étape, grâce à l’utilisation d’un surfactant biocompatible et hydrophile. Le nanothermomètre optimisé dans ce travail (par rapport au rendement quantique et à la sensibilité thermique relative) a, ensuite, été utilisé pour mesurer, en temps réel, la température locale au voisinage de nanoparticules de maghémites (y-Fe2O3) en milieux aqueux et cellulaire, au cours d’un programme d’excitation optique et magnétique. Notre étude montre que la température à la surface des sources de chaleur est 30°C plus élevée que la température globale mesurée en suspension aqueuse. Enfin, dans ce travail, une place centrale a été accordée à la métrologie de la mesure de température grâce aux nanosondes Ag2S. En effet, le signal de photoluminescence exploité pour la nanothermométrie est caractéristique de la température, mais il dépend aussi de l’épaisseur et des propriétés optiques du milieu traversé par les photons. Nous proposons une méthode originale de traitement des données, permettant de prendre en compte l’interaction lumière-matière, pour un accès fiable à une résolution en température au sein du vivant, grâce au signal de photoluminescence des nanoparticules de sulfure d’argent.

In the present work, we design a novel Ag2S-based nanothermometer. First, we develop a method for the production of silver sulphide semiconductor nanocrystals with low environmental impact. Ag2S nanoparticles are synthesised directly in water after a short microwave heating pulse (5 min). They are ''ready to use'', in a single step, thanks to a biocompatible and hydrophilic surfactant. Then, the Ag2S nanothermometer optimised in this work (with respect to quantum efficiency and relative thermal sensitivity) is used to measure, in real time, the local temperature in the vicinity of maghemite nanoparticles in aqueous and cellular media, during an optical and magnetic excitation programme. Our study shows that the temperature at the surface of the heat sources is 30°C higher than the overall temperature measured in aqueous suspension. Ag2S photoluminescence emission spectra, used for nanothermometry, is temperature specific, but it also depends on the thickness and optical properties of the medium crossed by photons before being transmitted to the detector. Thus, eventually, we develop an original method of data processing, allowing the light-matter interaction to be taken into account, for reliable access to temperature reading in biological media.