Dynamique de relaxation des états électroniques de photodonneurs d'oxide nitrique (NO)

Excited state dynamics of Nitric Oxide (NO) photodonors

• Auteur / Autrice : Franco Molina
• Direction : Gilles Gregoire, Gustavo Pino
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Universite Nationale de Cordoba, School of Chemical Sciences
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et Matière
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Dynamique

États électroniques

Spectroscopie

Dynamic

Electronic excited state

Spectroscopy

Résumé

La thèse a pour but la compréhension, par une approche fondamentale, de la dynamique de relaxation des états électroniques qui régit la libération de NO par des anions photodonneurs ayant un intérêt thérapeutique potentiel. En particulier, les mécanismes de libération de NO et les propriétés intrinsèques des photodonneurs anioniques seront révélés au moyen d'une approche expérimentale couplée à la théorie permettant d'étudier des systèmes moléculaires chargés isolés photo-excités. Des études récentes sur la photodissociation d'anions nitrophénolates montrent que ce sont des espèces prometteuses en photothérapie comme photodoneurs du radical NO.[1] Ces espèces anioniques absorbent la lumière de manière efficace dans la « fenêtre de transparence biologique ». La photothérapie est apparue comme un moyen de traitement relativement non invasif et précis pour soigner le cancer, en particulier les cancers superficiels de la peau et du poumon. Ces dernières années, les avancées dans le domaine des nanotechnologies ont permis l'utilisation des nanoparticules biocompatibles comme moyen de vectorisation et de libération de médicaments. Les études récentes ont montré que des photosensibilisateurs pouvaient être incorporés et isolés dans des nanocages, préservant ainsi leurs propriétés intrinsèques. Isolés dans des nanocages, les anions nitrophénolates représenteraient une avancée majeure pour le traitement du cancer. Des techniques de spectroscopie résolue en énergie et en temps seront utilisées pour étudier les réactions photoinduites dans ces espèces anioniques. Nous proposons d'utiliser la spectroscopie de photoélectrons résolue en temps, associée à un piège cryogénique qui offre la possibilité de suivre la dynamique sur plusieurs échelles de temps allant jusqu'à des dizaines de millisecondes.[2] Les objectifs du projet NOA sont : (i) de recueillir des connaissances de base sur les propriétés physiques et chimiques qui contrôlent la libération de NO dans des systèmes modèles d'anions nitrophénolates (ii) de caractériser la libération de NO dans des anions nitrophénolates pi-conjugués possédant un maximum d'absorption optimale dans la fenêtre de transparence biologique pour des applications thérapeutiques potentielles. Le choix des systèmes à étudier est basé sur des informations expérimentales récentes disponibles sur les anions méta-nitrophénolates et leurs dérivés. Ce projet se développera dans un environnement regroupant à la fois des experts en dynamique quantique et des spécialistes de l'encapsulation de photodoneurs au laboratoire.

This thesis aims at providing the currently missing fundamental knowledge of electronically excited state relaxation dynamics for a comprehensive understanding of Nitric Oxide (NO) release by Anionic photodonors of potential therapeutic applications. In particular, the phototriggered NO release mechanisms and intrinsic properties of anionic photodonors will be unraveled by means of an advanced experimental approach coupled to theory to study energy flows in photoexcited isolated molecular systems. Recent photodissociation studies on nitrophenolate anions and their derivatives corroborate the potential application of this class of species as NO photodonors.[1] The originality and novelty of the project is that nitrophenolates have a high response to photoexcitation in the biological transparency window, i.e. in the near infrared region 600 - 850 nm, leading to NO photorelease as one of the dominant photofragments at near physiological temperatures. Phototherapy has emerged as a relatively non-invasive and precise treatment modality to cure cancer, in particular superficial skin and lung cancers. In recent years, rapid advancement in the field of nanotechnology has raised the possibility of using biocompatible nanoparticles for drug delivery. Recent advances in the field have shown that photosensitizers could be incorporated and isolated in cages thereby preserving their intrinsic properties. A combination of energy-resolved and time-resolved laser spectroscopy will be used to disentangle the photoinduced reaction of NO release. We propose to use time-resolved photoelectron spectroscopy, in conjunction with a cryogenic trap which offers the possibility to track the deactivation pathways over several time windows up to tens of milliseconds.[2] The goals of the project are: (i) To gather basic knowledge on physical and chemical properties which control NO photorelease. (ii) To fully characterize efficient pi-conjugated NO photodonors with absorption maxima corresponding to the minimum absorption wavelength (750 nm), in the biological transparency window for potential therapeutic applications. The choice of systems to be investigated is based on recent experimental information available on the meta-nitrophenolate anions and their derivatives. The project environment includes expertise of theoreticians in quantum dynamics and specialists in photodonor nanocarriers present in the laboratory.