Transfert d'énergie résonant à l'intérieur et vers des nanoparticules optiques pour la bioimagerie et des applications en biosensing

Resonance Energy Transfer within and to optical Nanoparticles for Bioimaging and Biosensing Applications

• Auteur / Autrice : Peremobowei Iyanu Diriwari
• Direction : Niko Hildebrandt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 28/03/2024
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale normande de chimie (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : établissement co-accrédité : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie organique, bioorganique : réactivité et analyse (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime ; 2000-....)
• Jury : Président / Présidente : Hassan Oulyadi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Loïc Charbonnière, Olivier Maury, Nathalie Berthet, Thibault Gallavardin, Marta Maria Natile
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Loïc Charbonnière, Olivier Maury

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lanthane -- Composés

Transfert d'énergie

Nanoparticules d'or

Fluorescence

Points quantiques

Imagerie infrarouge

Biocapteurs

Mots clés libres

Biosensing

Bioimagerie

Seconde fenêtre de transparence des mileux biologiques

AuNC

Quantum Dots

AuNPs

FRET

NSET

Biosensing

Bioimaging

SWIR

AuNC

Quantum Dots

Lanthanide complex

AuNPs

FRET

NSET

Résumé

La biosensibilité et la bio-imagerie basées sur la fluorescence jouent des rôles cruciaux dans le développement d'outils de diagnostic rapides et hautement sensibles pour la détection précoce des maladies et la mise en oeuvre d’une médecine de terrain efficace. Cependant, ces techniques nécessitent une certaine optimisation pour obtenir des images haute résolution et des limites de détection très faibles. Cette thèse se concentre sur l'utilisation de nanoparticules optiques et de mécanismes de transfert d'énergie résonant pour des applications avancées en bio-imagerie et en détection de biomolécules. Je présente les analyses spectroscopiques de nanoclusters d'or luminescents encapsulés dans des polymères (AuNC-NPs) adaptés à la bio-imagerie dans la région infrarouge à ondes courtes (SWIR). L’étude des deux temps de vie de luminescence communément décrits dans les AuNCs m’a permis d’obtenir de nouveaux éléments pour comprendre l’origine de leur luminescence. J’ai découvert que ces temps de vie ne sont pas sensibles de la même manière à l’extinction par homoFRET ce qui suggèrent qu’ils sont causés par des mécanismes différents et des parties distincts de ces nano-objets telles que leur surface constituée de thiolate d’or et leur coeur. J'ai également caractérisé une nouvelle famille de complexes de terbium de CoraFluor (CRF) avec plusieurs méthodes spectroscopiques. J'ai découvert qu'ils sont un donneur de transfert d'énergie applicable en tant que sonde FRET et NSET. J'ai atteint des limites sub-nanomolaires pour la détection de points quantiques et j'ai appliqué ce système pour détecter le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR). Cette thèse décrit le rôle pivot des mécanismes RET, en particulier du FRET, dans l'avancement des technologies de biosensibilité et de bio-imagerie basées sur la fluorescence. Grâce à des conceptions innovantes de nanoparticules et à une utilisation stratégique des complexes Corafluor Tb, l'étude vise à améliorer la résolution de la bio-imagerie dans la région SWIR et à améliorer la sensibilité, la spécificité et l'applicabilité des outils de diagnostic, contribuant ainsi à l'avancement de la médecine de précision et de la gestion des maladies.

Fluorescence-based biosensing and bioimaging play crucial roles in developing rapid and highly sensitive diagnostic tools for early detection of diseases and effective point-of-care medicine. However, these techniques require some optimisation to attain high-resolution images and very low detection limits. This thesis focuses on utilising luminescent nanoparticles and Resonance energy transfer mechanisms for advanced bioimaging and biosensing applications. I present the spectroscopic analyses of bright polymer encapsulated gold nanoclusters (AuNC-NPs) suitable for bioimaging in the shortwave infrared (SWIR) region. My study of the two photoluminescence lifetimes commonly measured in AuNCs allowed me to gather new insight to understand the origin of their luminescence. I discovered that each of these lifetimes are not sensitive in the same way to homo FRET suggesting that they originate from distinct mechanisms and distinct parts of the AuNCs such as the gold thiolate surface or the core of the nano-object. I have also characterised a new family of terbium complexes from CoraFluor (CRF) with several spectroscopic methods. I have found that they are a suitable energy transfer donor for FRET and NSET biosensing applications with gold nanoparticles. I attained sub-nanomolar limits of detection of quantum dots and have applied the system to detect the epidermal growth factor receptor (EGFR). This thesis describes the pivotal role of RET mechanisms, particularly FRET, in advancing fluorescence-based biosensing and bioimaging technologies. With innovative nanoparticle designs and strategic use of Corafluor Tb complexes, the study aims to enhance the bioimaging resolution in the SWIR region and improve diagnostic tool sensitivity, specificity and applicability, contributing to advancing precision medicine and disease management.