Contexte et projet scientifique :

les nanoparticules cristallines semi-conductrices appelées « boîtes quantiques » (quantum dots : QD en anglais) ont des propriétés optiques remarquables. Excitées par une source d’énergie photonique, ces nano-cristaux ont la particularité d’émettre une lumière fluorescente, lumière dont la longueur d’onde varie en fonction de la taille des nano-cristaux et de la nature des atomes les constituants. Maîtriser leur taille permet de maîtriser la couleur mais aussi l’intensité des émissions lumineuses. (1) La plupart des nanocristaux synthétisés sont de forme sphérique ou en bâtonnets. Cependant, en 2008, des chercheurs du LPEM ont mis au point la synthèse en solution d’une nouvelle famille de nanocristaux fortement anisotropes pour lesquels les charges électriques sont confinées suivant une seule dimension. (2)(3) Ces nanoplaquettes (NPL), constituées de matériaux de semiconducteur tels que CdSe, CdS et CdTe, sont des objets  fluorescents qui présentent un rendement de fluorescence qui peut atteindre 50%, une bande d’émission de fluorescence très étroite (<10nm) et un temps de vie de fluorescence très rapide de l’ordre de la nanoseconde.

Les nanoparticules fluorescentes sont déjà largement utilisés dans le domaine de l’imagerie biomédicale comme marqueurs ou senseurs, mais aussi dans le diagnostic. (4) Par leurs propriétés optiques, les nanocristaux de semiconducteurs sont des sondes privilégiées dans le domaine de l’imagerie médicale et biologique. Néanmoins, de nombreuses améliorations peuvent être encore amenées à ces objets, à savoir une meilleure brillance, une bande d’émission de fluorescence étroite, une meilleure stabilité en milieu biologique avec des interactions non spécifiques limitées et un temps de vie de fluorescence réduit.

Dans cette démarche, le LPEM a récemment développé synthèse de ligands polymères permettant une très bonne stabilité des QDs dans l’eau et dans les compartiments intracellulaires. (5) En effet, ces ligands possèdent à la fois des fonctions thiols ayant une très bonne affinité avec la surface des QDs, et des fonctions zwitterioniques assurant la solubilisation dans l’eau.

Jusqu’à présent, l’utilisation de ces nouveaux ligands a été limitée aux nanocristaux sphériques. La transposition des technologies développées sur les QDs classiques aux NPLs devrait permettre d’obtenir des nanoobjets aux propriétés optiques encore plus performantes.

Le sujet du stage consisterait donc en la synthèse et la fonctionnalisation des NPL par ces ligands polymères, puis leur étude en stabilité dans les milieux biologiques. La surface des NPL pourrait également être fonctionnalisée par des molécules d’intérêt biologique telles que des protéines, de l’ADN etc. afin de permettre un ciblage au sein de cellules.

Techniques / méthodes utilisées :
Synthèse de nanoparticules de semi-conducteurs, synthèse de polymères, fonctionnalisation de surface, greffage de molécules d’intérêt biologique, spectrophotométrie d’absorption et d’émission de fluorescence, microscopie électronique à transmission.


(1) Michalet, X.; Pinaud, F. F.; Bentolila, L. a; Tsay, J. M.; Doose, S.; Li, J. J.; Sundaresan, G.; Wu, a M.; Gambhir, S.S.; Weiss, S. Science 2005, 307, 538–44.
(2) Ithurria, S.; Dubertret, B. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16504–5.
(3) Ithurria, S.; Tessier, M. D.; Mahler, B.; Lobo, R. P. S. M.; Dubertret, B.; Efros, A. L. Nat. Mater. 2011, 10, 936–41.
(4) Rosi, N. L.; Mirkin, C. a Chem. Rev. 2005, 105, 1547–62.
(5) Giovanelli, E.; Muro, E.; Sitbon, G.; Hanafi, M.; Pons, T.; Dubertret, B.; Lequeux, N. Langmuir 2012, 28, 15177–15184.