205 research outputs found
Synthesis of thick cadmium chalcogenides nanoplatelets and study of the electronic properties of mercury telluride nanoplatelets
No full textLes nanoplaquettes de chalcogénures de cadmium sont des semiconducteurs de la famille II-VI, dont l’épaisseur est contrôlée à la monocouche atomique près, permettant ainsi un contrôle fin de leurs propriétés optiques. Ces matériaux peuvent s’étendre sur une centaine de nanomètres et présenter une épaisseur de quelques nanomètres.Lorsque les nanoplaquettes de CdSe 3 monocouches sont passivées par des ligands halogénures à température ambiante grâce à un précurseur de CdX2 (X = Cl, Br, I), l’énergie surfacique diminue. En chauffant (160 °C), des monomères de CdSe se dissolvent des bords des nanoplaquettes pour cristalliser sur les grandes faces. Ici, les nanoplaquettes servent elles-mêmes de réservoir de chalcogénure La modification de la chimie de surface permet donc l’obtention d’objets plus épais jusqu’à 9 monocouches et monodisperses. La versatilité de cette méthode a été prouvée sur d’autres chalcogénures de cadmium.De plus, la compréhension du mécanisme de dissolution/recristallisation a permis de développer un outil de croissance de coque, d’épaisseur contrôlée. La synthèse d’homo- et hétérostructures originales a ainsi été effectuée. Pour la première fois, une couche de CdTe a pu être synthétisée sur des nanoplaquettes de CdSe et CdTe. Enfin, des nanoplaquettes de CdSe à marches au comportemet uniqueont aussi été synthétisées. Ces dernières constituent le premier exemple de semiconducteurs avec un confinement induisant un alignement de bande de type I intraparticulaire et sans contrainte structurale.Un autre aspect de mon travail s’est porté sur la compréhension de la structure électronique des nanoplaquettes de HgTe. Nous avons systématiquement exploré leurs diagrammes de phase en fonction du confinement, de la pression et de la température. Nos résultats montrent qu’en fonction de la pression, les nanoplaquettes (confinement fort) et les nanocristaux (confinement plus faible) de HgTe ont un comportement similaire au massif: la largeur de bande interdite augmente avec la pression. En revanche, en fonction de la température, le régime de confinement est déterminant. En diminuant la température de 300 K à 10 K, la largeur de bande interdite diminue pour les nanocristauxs les plus gros.Cette diminution est de moins en moins importante pour les nanocristauxs les plus confinés, jusqu’aux nanoplaquettes pour lesquelles la largeur de bande interdite augmente. La modélisation de cet effet a permis de mettre en évidence le rôle de la seconde bande de conduction, qui pour les nanoplaquettes, modifie la courbure de la première bande de conduction lorsque la température diminue.Cadmium chalcogenide nanoplatelets II-VI semiconductors. Their thickness is controlled at the atomic scale with extreme narrow optical features. These materials are few hundreds of nanometers in length and wide with a few nanometers thickness.When passivated by halides, using a CdX2 (X = Cl, Br, I) precursor at room temperature, the CdSe 3 monolayers nanoplatelets surface energy decreases. On heating at mild temperature (160 °C), CdSe monomers dissolve from the edges and recrystallize on the wide facets. Here, nanoplatelets become a chalcogenide reservoir. The modification of the surface chemistry allows then to obtain thickernanoplatelets up to 9 monolayers and monodisperse. The versatility of the method has been proven on other cadmium chalcogenides. Thanks to the comprehension of the dissolution/recrystallization process we developed a new tool to grow shells with controlled thickness. Homo- and heterostructures have been grown by this method. For the very first time, a CdTe layer has been grown on CdSe andCdTe core NPLs. Unique stepped nanoplatelets have also been synthesized. These amazing materials are the first exemple of stress free semiconductors homostructures with confinement-induced intraparticle type I energy level alignment.The comprehension of the electronic structure of HgTe nanoplatelets was also addressed. We systematically studied the phase diagram in function of the confinement, pressure and temperature. Our results show that with pressure, nanoplatelets (strong confinement) and nanocrystals (weaker confinement) of HgTe have a similar behavior than the bulk : the gap increases with the pressure.However, the confinement regime becomes a key factor in function of temperature. When it is decreased from 300 K to 10 K, the gap decreases for large nanocrystals. This trend is less important when nanocrystals are smaller. The gap even decreases for the most confined materials which are the nanoplatelets. The modelisation of this effect showed that the second conduction band bends the firstone when the temperature is decreased
Heterostructures, doping and surface chemistry : control of the structure and optical properties of cadmium chalcogenide nanoplatelets
No full textLes nanoplaquettes de chalcogénures de cadmium présentent des propriétés optiques uniques résultant d’une épaisseur contrôlée à l’échelle de la monocouche atomique. Elles apparaissent comme une nouvelle classe de nanomatériaux à fort potentiel applicatif. L’objectif de cette thèse est, par le design de la particule inorganique et de la chimie de surface, de faire émerger de nouvelles propriétés optiques. Dans un premier temps des hétérostructures cœur/couronne de CdSe/CdSe1-xTex ont été synthétisées et ont montré une bi-émission à l’échelle de la nanoplaquette unique. Cette bi-émission émerge d’une compétition entre la localisation de l’électron dans le cœur de CdSe induite par le décalage entre les bandes de conduction et d’une recombinaison directe dans la couronne favorisée par la grande énergie de liaison de l’exciton dans les nanoplaquettes. Des nanoplaquettes de CdSe dopées à l’argent ont été synthétisées dans un second temps. Le dopage, fait par échange cationique partiel, créé des pièges émissifs dans la largeur de bande interdite. La quantité d’argent incorporée permet un contrôle progressif de la couleur d’émission du vert au rouge grâce à la coexistence de la recombinaison de bord de bande et de l’émission liée à l’argent. Ces niveaux d’argent sont fortement liés à CdSe et se situent 340 meV au-dessus de la bande de valence du CdSe massif. Enfin, la modification de chimie de surface par un mélange de bromures et d’oleylamine diminue les contraintes de surface et améliore la passivation de surface. Ceci induit un décalage, au-delà du confinement discret, de la longueur d’onde d’émission et une augmentation du rendement quantique jusqu’à 75%.Cadmium chalcogenide nanoplatelets present unique optical properties resulting from their atomically precise thickness control. They have emerged as a new promising class of nanomaterial for optoelectronic applications. The goal of this thesis is to promote new optical properties through the design and surface chemistry of nanoplatelets. Firstly, CdSe/CdSe1-xTex core/crown heterostructures were synthesized and showed bicolor emission at the scale of a single nanoplatelet. This bicolor emission results from a competition between the localization of the electron in the CdSe core driven by the conduction band offset and the direct exciton recombination in the crown favored by the high exciton binding energy. Silver doped nanoplatelets were synthesized in the second part. This doping, performed through partial cation exchange, creates a silver-related emissive state in the band gap. The amount of silver incorporated in the nanoplatelet allows a progressive control of the emission color from green to red thanks to the coexistence of the band edge and the silver related emission. The silver state is strongly bound and is located 340 meV above the bulk valence band. Finally, the modification of the surface chemistry with bromide and oleylamine reduces the surface stresses and improves the surface passivation. This leads to a shift, beyond the discrete confinement, of the emission wavelength and increases the quantum yield up to 75 %
Synthesis and characterization of bimodal probes based on I-III-VI quantum dots for mri and nir fluorescence imaging
No full textLa chirurgie guidée par l’imagerie de fluorescence est une technique prometteuse mais limitée par la faible profondeur de pénétration (inférieure au millimètre dans le visible) à cause de l’absorption et de la diffusion par les tissus. Elle est plus élevée dans la gamme du proche infrarouge (700-1000 nm) mais reste limitée à quelques centimètres. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) permet d’obtenir des images sur corps entier mais ne peut être utilisée pour le suivi peropératoire. Le développement de sondes bimodales, fluorescentes et magnétiques, permet de coupler les avantages des deux techniques.Nous avons choisi de développer des sondes basées sur des nanocristaux fluorescents de CuIn(S,Se)2 car ils présentent une longueur d’onde d’émission modulable sur toute la gamme du proche infrarouge ainsi que des rendements quantiques, sections efficace d’absorption et photostabilités élevés. La croissance d’une coque épaisse de ZnS permet d’augmenter le rendement quantique qui peut atteindre 60 % dans les solvants organiques. L’incorporation d'ions Mn2+ dans la coque de nos objets permet de leur conférer un caractère paramagnétique. Les propriétés optiques et structurales ont été étudiées par spectroscopie (fluorescence et absorbance), RPE, DRX, MET/METHR et analyse élémentaire. Nos sondes sont transférées en milieu aqueux par un échange de ligands qui ne modifie pas leurs propriétés. Des mesures de relaxivités longitudinales ont permis de confirmer leur potentiel comme agent de contraste pour l’IRM pondérée en T1 et nous avons apporté une preuve de principe de l’utilisation de nos sondes in vivo en marquant des ganglions lymphatiques chez la souris.Fluorescence imaging is a promising technique for image-guided surgery. Because of diffusion and absorption of light by tissues, the low penetration depth (less than a millimeter) in the visible spectral range, which can reach a few centimeters in the near infrared (NIR) spectral range (700-1000 nm), limits its use. To overcome this limitation, fluorescence imgaging can be coupled with magnetic resonance imaging (MRI) which provides whole body images but cannot be used for intraoperative monitoring. Thus, the development of bimodal fluorescent and magnetic (for MRI) probes offers the opportunity to combine advantages from both imaging modalities.In this regard, we chose to use CuIn(S,Se)2 fluorescent semiconductor nanocrystals(or quantum dots) as a platform for the development of our probes. They display a size-tunable emission wavelength over the NIR spectral range and high quantum yield, absorption cross section and photostability. The growth of a thick shell of ZnS on these nanoparticles can increase the quantum yield up to 60 % in organic media.The incorporation of Mn2+ ions in the shell gives our probes a paramagnetic behavior. The influence of doping level on structural and optical properties is investigated using fluorescence and absorbance spectroscopy, EPR, XRD, TEM/HRTEM and elemental analysis. Our probes are solubilized in water through a ligand exchange and their properties remain stable in water. Longitudinal relaxivity measurements show that these probes can be used as MRI T1 contrast agents. As a proof-of-principle, we demonstrate that these probes can be used for the detection of lymph nodes in vivo
Quantum dot-based nanobeads functionalized for biodetection
No full textLes propriétés des quantum dots (QDs) en font des sondes adaptées à la reconnaissance moléculaire. Leur pic d’émission en fluorescence est très étroit et ajustable, tandis que la section efficace de leur spectre d’absorption est très large. En outre, ils sont très brillants et résistent mieux au photoblanchiment que les colorants organiques conventionnels.Notre objectif a été de concevoir un nouveau type de sondes fluorescentes pour une détection rapide à l’échelle de la molécule unique. L’utilisation d’agrégats contenant plusieurs milliers de QDs, plutôt que celle de QDs individuels, permet d’accroître le signal de fluorescence et de simplifier les modalités de détection. La morphologie et la chimie de surface des premiers agrégats préparés n’ont pas pu être contrôlées en les recouvrant avec des molécules de surfactants courts ou une couche de polymère en solution aqueuse. La stratégie centrale de ce manuscrit a permis d’assembler les QDs en nanobilles (NBs) monodisperses de quelques centaines de nanomètres de diamètre, encapsulées dans une couche de silice Stöber. Leur stabilité colloïdale et leur photostabilité ont ainsi été conservées. Un nouveau type d’hybride polymère-silane a été greffé sur la silice. Il présente des chaînes zwittérioniques, garantissant la solubilité en milieu aqueux et une adsorption non spécifique minimale, ainsi que des fonctions réactives pour la bioconjugaison. La réactivité de NBs fonctionnalisées par de la streptavidine avec des billes commerciales biotinylées a été démontrée. Nos résultats préliminaires ont également montré que les NBs peuvent être intégrées dans un dispositif microfluidique pour être comptées individuellement.Using nanotechnology for molecular diagnostics holds many advantages e.g. an improvement in the simplicity and the sensitivity of analysis. Semi-conductor nanocrystals or quantum dots (QDs) demonstrate several unique properties that make them suitable probes for biomolecular recognition. These QDs present narrow size-tunable emission spectra and a broad excitation spectrum; in addition, they offer higher photostability and brightness than conventional organic dyes. Our aim was to design a new diagnostic probe based on fluorescent nanobeads containing QDs, envi-sioned as a tool for fast and single-molecule detection. An even brighter fluorescence and easily detectable analytical signals could indeed be achieved by aggregating several thousand of QDs together, as compared to single QDs. Coating QD clusters with small surfactants or a polymer layer didn’t provide morphological control or a suitable surface chemistry for bioconjugation. The strategy that we developed consists in self-assembling QDs into monodisperse nanobeads of a few hundreds of nanometers in diameter, on top of which a silica shell was grown by a Stöber-inspired process. This allowed us to protect their colloidal and photo-stability. A new type of multidentate polymer-silane hybrid was subsequently grafted onto the silica shell, presenting a zwitterionic chain for water solubility and antifouling, as well as reactive functions for conjugation with biomolecules. We succeeded in reacting streptavidin-conjugated nanobeads with commercial biotinylated beads. Preliminary results have also shown that we can integrate the nanobeads into a microfluidic system for an efficient single-particle counting
Surface chemistry of fluorescent nanocrystals for biological imaging
No full textLes nanocristaux de semiconducteurs (ou Quantum Dots, QD) possèdent des propriétés optiques uniques qui en font des sondes intéressantes pour l’imagerie biologique. Ils sont particulièrement prometteurs pour l’imagerie de fluorescence dans l’infrarouge court, permettant de conserver une bonne résolution spatiale en profondeur dans les tissus biologiques. Dans cette thèse, l’objectif est d’étudier tout particulièrement la chimie de surface des QD afin d’optimiser leur comportement en milieu biologique et de développer des sondes fonctionnelles d’imagerie du pH et d’activité enzymatique. L’utilisation de nanoparticules (NP) in vivo nécessite de minimiser la formation d’une couronne de protéines adsorbées à leur surface. Il est possible d’utiliser pour cela des polymères dits « furtifs » pour limiter cette adsorption et éviter leur reconnaissance par le système immunitaire. Dans cette thèse, nous comparons les propriétés de furtivité de QD recouverts de ligands polymères comportant différents zwitterions. Nous montrons que les QD recouverts de poly(sulfobétaïne) permettent une élimination complète de l’adsorption de protéines, contrairement à ceux recouverts d’autres bétaïnes. Ces résultats sont corrélés à la diffusion de ces QD dans le cytoplasme de cellules vivantes. La chimie de surface des QD permet également de concevoir des sondes fonctionnelles, par exemple en modulant leur fluorescence par transfert d’énergie sous l’action d’un facteur biochimique. Ainsi, nous démontrons deux concepts de QD pour l’imagerie du pH dans le visible ou l’infrarouge court, en développant différentes chimies de surface sensibles au pH pour moduler leur interaction avec des NP d’or.Semiconductor nanocrystals (or Quantum Dots, QDs) have unique optical properties that make them interesting probes for biological imaging. Thanks to their high quantum fluorescence yields, they are particularly promising for short-infrared fluorescence imaging, which is a spectral domain that allows a good deep spatial resolution in biological tissues. In this PhD, our goal is to study specialy the surface chemistry of QDs in order to optimize their behavior in complex biological medium and to develop functional pH or enzymatic activity imaging probes. The use of nanoparticles (NP) in vivo requires to reduce the formation of a protein corona adsorbed on their surface. It is possible to use so-called "stealth" polymers to limit this adsorption, and avoid their recognition by the immune system. In this PhD we compare the stealth properties of QDs coated with block polymer ligands with different zwitterions. We have shown, particularly, that poly(sulfobetaine) coated QDs allows a complete elimination of protein adsorption in serum, unlike those covered with carboxybetaine or phosphorylcholine. These results are correlated with the diffusion of these QDs in the cytoplasm of living cells. Thanks to the surface chemistry of QDs, it is also possible to design functional probes, for example by modulating their fluorescence by an energy transfer under the action of a biochemical factor. Thus, in this PhD, we demonstrate two concepts using QDs for short or visible infrared pH imaging, developing different pH-sensitive surface chemistries in order to modulate their interaction with gold NPs
Synthesis and characterization of mercury chalcogenides nanoplatelets homostructures and heterostructures
No full textDans un contexte de développement de photo-détecteurs et lasers dans le domaine de l’infrarouge, les nanocristaux colloïdaux de chalcogénures de mercure sont des candidats prometteurs pour l’imagerie infrarouge à bas coût. Des nanoplaquettes de chalcogénures de cadmium sont développées depuis 10 ans. Ces nanoparticules 2D présentent des propriétés optiques originales dans le visible, du fait de leur confinement quantique limité à une di-mension. L’objectif de cette thèse est de syn-thétiser des nanoplaquettes à base de chalco-génures de mercure afin d’obtenir des proprié-tés optiques fines dans l’infrarouge. Pour cela, nous avons utilisé l’échange cationique au mercure sur des nanoplaquettes de chalcogé-nures de cadmium, la synthèse directe n’étant pas encore démontrée.Dans une première partie, ce manuscrit expose la synthèse et la caractérisation de nanopla-quettes fines de 2 et 3 monocouches de HgTe et HgSe. Les nanoplaquettes de HgTe présen-tent des propriétés optiques exceptionnelles dans le proche infrarouge (largeur à mi-hauteur de 57 meV pour une émission aux alentours de 1,5 eV).Par la suite, l’échange cationique sur des na-noplaquettes plus épaisses de CdSe a été étu-dié. La limitation de la diffusion des atomes de mercure sur 2 plans cationiques dans l’épaisseur permet d’obtenir des hétérostruc-tures cœur/coque de CdSe/HgSe présentant des propriétés optiques et électroniques décor-rélées.Pour finir, cet échange cationique a été utilisé pour créer de nouvelles hétérostructures cœur/coque de HgTe/CdS et cœur/couronne HgSe/HgTe permettant de jouer sur la délocali-sation des fonctions d’onde des porteurs de charge.In a context of detectors and lasers develop-ment in infrared range, mercury chalcogenides colloidal nanocrystals are promising candi-dates for low-cost IR imaging. For 10 years, cadmium chalcogenides semiconductors na-noplatelets are developed. These two-dimensional nanoparticles present great novel optical features in visible range, due to exciton confinement along one direction. The purpose of this thesis is to synthesize mercury chalco-genides-based nanoplatelets in order to obtain nanoparticles with narrow infrared optical fea-tures. To this end, we used cation exchange with mercury on cadmium chalcogenides na-noplatelets, because of the direct synthesis isn’t demonstrated yet.In a first part, this manuscript presents the syn-thesis and the characterization of 2 and 3 monolayers HgTe and HgSe nanoplatelets. HgTe nanoplatelets present exceptionally nar-row near-infrared optical features (57 meV for an emission around 890 nm).The impact of the thickness of CdSe nano-platelets on the cation exchange process was subsequently studied. The limited diffusion of mercury atoms over 2 cationic plans in the thickness direction allows to obtain CdSe/HgSe core/shell heterostructures. The optical and transport properties are decorrelated.Finally, this cation exchange was used to formed new mercury-based heterostructures: HgTe/CdS core/shell and HgSe/HgTe core/crown. These materials present new opti-cal properties in infrared range thanks to the electron and hole confinement in a same or different part of the heterostructure
Analyse de la structure electronique des heterojonctions a-Si_1_-_xY_x: H/c-Si (Y=C ou Ge) par l'etude des proprietes de transport
No full textSIGLEINIST T 75229 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc
Mapping of nanoparticles diffusion in cells
No full textWe mapped the diffusion of particles in the cytoplasm. To do so, we electroporated QDs-SB particles in cells as shown in Debayle et al 2019. Here we were using RPE1 cells. We present the recording of three cells and the scripts that we used to generate some maps of diffusion in the cell.
The scripts were made to use the output tracks from Slimfast 1.103e but can be adapted by changeing the beginning of the script.
Some functions were found in Matlab Central and their corresponding license is in their respective folders.</p
Colloidal synthesis of hybrid structures gold/quantum dots
No full textLes nanocristaux de semi-conducteurs colloïdaux, également appelés quantum dots (QDs), possèdent des propriétés optiques originales, telles qu'une large section efficace d'absorption, un rendement quantique élevé, ainsi que des spectres d'émission accordables en fonction de leur taille, leur forme ou leur composition. Récemment, notre groupe a mis en évidence le couplage plasmonique d'émetteurs de QD unique intégrés dans de la silice recouverte d'une nano-coque en or avec un facteur de Purcell de 6. Les émetteurs résultants ont montré une photostabilité améliorée et des taux de clignotement réduits.Dans cette thèse, nous explorons la synthèse et les propriétés optiques d'objets similaires contenant plusieurs milliers de QDs assemblés sous forme d'agrégat dans le but d’observer un couplage entre un ensemble de nanocristaux de semi-conducteurs et une cavité plasmonique. Nous avons dans un premier temps synthétisé des QDs cœur/multicoques de CdSe/CdS/ZnS que nous avons auto-assemblé sous forme d'agrégats de tailles contrôlées par une méthode d'émulsion/évaporation. Les agrégats de QDs sont recouverts d'une coque de silice grâce à la méthode Stöber puis par une coque d’or via un processus de dépôt en solution.Nous avons étudié les propriétés optiques des agrégats de QDs avec et sans coques d'or. Ces objets hybrides présentent une efficacité quantique élevée, une émission stable et poissonienne à température ambiante. Nous avons mis en évidence un transfert d'énergie par résonance de type Förster (FRET) entre les QDs voisins au sein d’un même agrégat. Nous avons également constaté que le polyvinylpyrrolidone (PVP) peut être utilisé pour régler le taux de réduction de l'or ainsi que la morphologie de la coque en or.Le second objectif est de transposer cette synthèse sur des des nanocristaux de semi-conducteur 2D, les nanoplaquettes (NPLs) uniques qui présentent des propriétés particulières de polarisation d’émission grâce à leur anisotropie de forme. Nous devons veiller à conserver cette anisotropie tout au long du processus de synthèse de la coque d’or et pour cela nous avons dû étendre latéralement ces NPLs.Colloidal semiconductor nanocrystals, also known as quantum dots (QDs), have exceptional optical properties, such as high absorption cross section and quantum yield. Their emission spectra can be tuned by changing their size, their shape or composition. Recently, our group reported the plasmonic coupling of unique QD emitters embedded in silica coated with a gold nanoshell with a Purcell factor of 6. The resulting emitters showed enhanced photostability and reduced blinking rates.In this thesis, we explore synthesis and optical properties of similar objects containing not one but hundreds of QDs in their core (superparticles).We first synthesize CdSe/CdS/ZnS core/multishell QDs and assemble them into aggregates of controlled sizes by emulsion/evaporation. The aggregates are then coated with a silica shell (Stöber process) and with a gold nanoshell using a deposition process.The optical properties of QD aggregates with and without gold shells are addressed. These objects exhibit high quantum efficiency, as well as stable and Poissonian emission at room temperature. In addition, we demonstrate a Förster-type resonance energy transfer (FRET) between neighboring QDs inside the aggregates. We also prove that polyvinylpyrrolidone (PVP) can be used to regulate both the reduction rate of gold and the morphology of the gold nanoshell.The second objective is to transpose this synthesis onto 2D semiconductor nanocrystals called nanoplatelets (NPLs) which exhibit particular emission polarization properties thanks to their anisotropic shape. To preserve this anisotropy throughout the synthesis process of the gold nanoshells, a supplementary extension step has to be conducted on these NPLs
Iron oxide nanoparticles coated with zwitterionic polymers for micromanipulation of chromosomes in live cells
No full textDans le noyau des cellules, l’ADN est replié selon une architecture complexe multi échelle. Notre compréhension des principes physiques qui régissent cette organisation complexe n’est pas complète. Pour l’étudier, il serait utile de pouvoir appliquer directement une force sur les chromosomes in vivo. Dans cette thèse est présentée une nouvelle nanosonde magnétique qui peut s’accrocher à un locus génomique précis et y appliquer une force.Cette nanosonde est une nanoparticule d’oxyde de fer recouverte de ligands polymériques. Le premier défi est d’éviter les interactions non spécifiques entre les nanoparticules et des biomolécules dans l’environnement intranucléaire très encombré. Pour y parvenir, nous avons conçu un copolymère à bloc pour recouvrir les nanoparticules. Le premier bloc contient des zwitterions sulfobétaïne qui sont très efficaces pour éliminer les interactions non spécifiques. Le second bloc contient plusieurs groupes phosphonates qui permettent l’accroche des polymères sur la surface de la nanoparticule. La stabilité de l’accroche sur le long terme et l’absence d’interactions entre des protéines et le revêtement polymérique choisi a été étudiée in vitro et dans des cellules vivantes.Le deuxième défi est de conjuguer des protéines spécifiques à la nanoparticule qui vont permettre de cibler les séquences d’ADN choisies. Nous avons optimisé la conception du polymère pour atteindre une conjugaison contrôlée et efficace des protéines de ciblage sur la surface des nanoparticules, par chimie click sans catalyseur cuivre. Les nanoparticules sont fonctionnalisées avec de la protéine fluorescente verte (GFP), qui se lie dans le noyau à un nanocorps anti-GFP, fusionné à une protéine qui se lie à une séquence d’ADN spécifique dans le modèle cellulaire utilisé.L’efficacité du ciblage des nanoparticules sur l’ADN a été étudiée après microinjection d’une solution de nanoparticules dans le noyau de cellules vivantes. Le ciblage est rapide, de l’ordre de plusieurs minutes, et spécifique, et les interactions non spécifiques sont évitées. Des milliers de nanoparticules se lient au locus génomique. Le locus a été manipulé avec une pointe magnétique qui produit un fort gradient de champ. Le locus est soumis à une force de l’ordre du piconewton qui peut déplacer le locus génomique sur plusieurs micromètres. Cet outil sera utile pour étudier la mécanique des chromosomes, et l’organisation et les fonctions du génome.In a cell nucleus, the genome is folded in a complex architecture. Our understanding of the physical principles responsible for this complex organization is still limited. It would be useful to be able to directly exert and measure forces on chromosomes in vivo to study these questions. In this project, we present a novel magnetic nanoprobe that can bind to a specific genomic locus and apply a force to this locus.This nanoprobe is an iron oxide nanoparticle coated with specific polymeric ligands. The first challenge lies in avoiding nonspecific interactions between the nanoprobes and biomolecules in the very crowded intranuclear environment. To achieve this, we have designed a specific diblock copolymer to coat the nanoparticles. The first block contains sulfobetaine zwitterions that are very efficient to eliminate nonspecific interactions. The second block contains multiple phosphonate anchoring groups to ensure long term anchoring stability. The anchoring stability of the polymer to the nanoparticle surface has been checked and the absence of interactions with proteins with the selected polymer coating has been assessed in vitro and in live cells.The second challenge is to conjugate specific proteins that will enable the targeting of selected DNA sequences. We have optimized the design of the polymer architecture to achieve controlled and efficient binding of targeting proteins to the surface of our nanoparticles, via copper-free click chemistry. Here we functionalize our nanoparticles with fluorescent dyes for visualization and with GFP, which will bind to an anti-GFP nanobody domain, fused to a fluorescent protein and a domain that binds a specific DNA sequence in our cell model.The efficiency of the targeting has been assessed after microinjection of the nanoparticle solution in the nucleus of living cells. It is quick and specific, without nonspecific interactions. Thousands of nanoparticles can bind the genomic locus. Manipulation of the genomic locus has been performed with a magnetic tip that produces a strong magnetic field gradient. In this gradient, the locus is submitted to a force on the piconewton range that can move the genomic locus over several micrometers. This tool will be helpful to study chromosome mechanics and genome functions
- …
