Dissertations / Theses on the topic 'Résonance plasmonique de surface'

Le but de notre travail était d'étudier comment des interactions impliquant des acides nucléiques pouvaient réguler le cycle viral du virus de l'hépatite C (VHC). L'ARN génomique du VHC est très structuré au niveau de ses extrémités 5' et 3'. La tige-boucle 5BSL3.2 a été décrite comme interagissant avec la SLIIId, la Seq9110 et la SL2 par génétique inverse et expériences de complémentation de mutations. La résonance plasmonique de surface (SPR) a été utilisée afin de caractériser ces interactions. Cela nous a conduit à développer des méthodes permettant d’étendre l'utilisation de la SPR. Nous avons pu observer, in vitro, une interaction entre la 5BSL3.2 et miR-122, un microARN fortement exprimé dans les hépatocytes. Nos résultats ont également montré que la SL2 était une séquence ARN pouvant former au moins deux conformations. L'une étant capable d'interagir avec la 5BSL3.2 et l'autre pouvant s'auto-associer. L'étude de cette dimérisation sur modèle cellulaire a montré qu'elle était impliquée dans les mécanismes de la réplication virale. Le développement d'une méthode d'analyse des complexes ternaires a permis la caractérisation simultanée du complexe formé entre la boucle interne de la 5BSL3.2 et ses partenaires (Seq9110 et SLIIId) ainsi que du complexe formé entre la boucle apicale et ses partenaires (SL2 et miR-122). Ces résultats ont montré que les deux sites de liaison de la 5BSL3.2 étaient structurellement indépendants. Ces interactions pourraient donc coexister dans un contexte physiologique. Les résultats montrent que la SLIIId et la Seq9110 sont en compétition pour interagir avec la boucle interne de la 5BSL3.2 tandis que la tige-boucle SL2 et miR-122 sont en compétition pour interagir avec la boucle apicale de la 5BSL3.2. La 5BSL3.2 est donc un motif ARN structuré pouvant agir comme une plaque tournante, capable d'interagir avec d'autres régions de l'ARN génomique tandis que la SL2 a montré que les deux interactions qu'elle pouvait former, mutuellement exclusives, étaient importantes pour la prolifération virale. Les mécanismes de compétition observés pourraient être impliqués dans la commutation entre les différentes étapes du cycle viral<br>We are interested in understanding how interactions involving nucleic acids regulate the life cycle of the Hepatitis C virus (HCV). The HCV genomic RNA is highly structured at the 5' and 3' ends. The stem-loop 5BSL3.2 was described to interact with the SLIIId, the Seq9110 and the SL2 by reverse genetics and complementation mutation experiments. Surface plasmon resonance (SPR) was used to characterize these interactions. This led us to develop methods to expand the use of this technique. We described in vitro evidences for an interaction between 5BSL3.2 and miR-122, a microRNA highly expressed in hepatocytes. As shown by our results, SL2 is a highly dynamic RNA motif that fluctuates between at least two conformations: one is able to hybridize with 5BSL3.2 and the other one is capable of self-associating. The study of this dimerization in living cells has shown an implication of this phenomenon in viral replication processes. The development of a ternary complex analysis method allowed the characterization of the Seq9110 (or SLIIId) and SL2 (or miR-122) interacting with 5BSL3.2. Our results shown that the two binding sites of 5BSL3.2, the apical and internal loops, are structurally independent, suggesting that these interactions may coexist in a physiological context. SLIIId and Seq9110 were shown to compete to interact with 5BSL3.2 internal loop while SL2 and miR-122 were shown to compete to interact with 5BSL3.2 apical loop. In conclusion, 5BSL3.2 is a structured RNA motif that could act as a molecular hub capable of interacting with other genomic RNA regions while the two interactions of the SL2, mutually exclusives, were shown to be crucial for viral proliferation. The competition mechanisms observed could be involved in the commutation between viral cycle steps

Mon travail de thèse s'inscrivait dans celui, plus général, de développement d'un système de détection biologique portable affichant sensibilité, précision et répétabilité et dont le champ d'applications visait les domaines médicaux et phytosanitaires. Ce système est basé sur le principe physique de base qui est la Résonance Plasmonique de Surface. Le but était alors de démocratiser cette technique au niveau du chevet du patient ou du champ. Dans ce contexte et dans le cadre du projet INTERREG FWVL BIOSENS, je me suis plus particulièrement attaché à l'étude de différentes innovations au niveau du capteur. Parmi toutes les techniques de détection biologique, la technique de mesure à base de SPR a déjà été amplement étudiée car elle présente des avantages indéniables comme sa sensibilité, sa mesure en temps réel ou encore la non-nécessité de marquage des molécules. Bien que cette technique soit donc bien connue dans le domaine de la détection, la température de tout échantillon influe sur son indice optique, qui est la seule valeur détectée par un tel capteur, et peut donc être interprétée comme le résultat d'une interaction biologique. Ceci amène un réel défi dans le cas d'un système portable pour lequel l'intégration d'une enceinte thermostatée est source d'encombrement et de consommation énergétique. Un capteur SPR 4 canaux a été développé et la température des échantillons est directement contrôlée par chauffage par effet Joule de la couche plasmonique elle-même. Le fonctionnement de ce type de chauffage a été modélisé sous COMSOL et la caractérisation expérimentale a montré qu'il ne perturbait pas le principe de détection. De l'eau a été chauffée par injection de courant et la variation d'indice optique obtenue comparée à la théorie. Nous avons aussi démontré qu'il était possible de contrôler en température indépendamment chacun des quatre canaux sans apparition d'interférence thermique. De manière à contrôler plus finement la température, un capteur de température a aussi été intégré au niveau de la couche plasmonique. Ce contrôle de la température peut alors être utilisé soit pour maintenir une température constante au niveau des échantillons soit pour déterminer l'effet de la température sur une interaction biologique. De manière à diminuer le coût du capteur, un capteur sur film plastique a été fabriqué et testé. Il a permis d'obtenir une réponse plasmonique sur l'air et l'eau. L'utilisation d'un prisme en PDMS ainsi que son couplage avec le capteur sur film a été investiguée de manière à obtenir une plateforme de test la moins coûteuse possible<br>The overall goal of this study was to develop a portable biological detection system with high sensitivity, accuracy and repeatability to be used in either the phytosanitary or the medical domain. This system is based on the Surface Plasmon Resonance (SPR) physical principle. Such a use of this principle is already achieved but leads to laboratory equipment. The goal here is to democratize its use up to an on field or point of care measurement system. In this context and within the frame of the BIOSENS INTEREG FWVL project, I worked more particularly on several developments around the sensor. From all the existing biosensor technologies, surface plasmon resonance (SPR) sensing technology has received continuous attention due to its advantages of a high-sensitivity, label-free and fast response time. Although the SPR sensing technique being legend in the sensor community, currently the temperature of the sample needs to be carefully maintained and controlled because SPR signal varies with temperature and any change in SPR signal can be interpreted as a biological interaction. This gives a huge challenge in the portable application that is targeted since embedding of a temperature controlled chamber size and energy consuming. A SPR sensor design including 4 SPR channels has been made and the temperature is controlled in real time by using Joule effect. Temperature behavior has been modelled under COMSOL and we experimentally demonstrated that the temperature modulation of SPR channel by Joule effect does not affect the detection scheme. Water was heated by injecting current through the plasmonic layer and the refractive index change of water due to temperature was measured and compared with the theory. We also demonstrated that the temperature of each of the 4 channels can be controlled independently without any thermal crosstalk. In order achieving a more precise monitoring of sample temperature, a temperature sensor was also fabricated on top of the plasmonic layer, allowing the real temperature at the sensor surface to be monitored in real time. This temperature control can so be used either to maintain the temperature of biologic samples or to identify the effect of temperature on biomolecular interactions. On addressing the cost of the sensing tool, a flexible and cheap SPR sensor made on tape has been fabricated and tested. Air and water plasmonic responses were measured using such a "tape sensor". A PDMS prism has already been investigated and combined to the tape sensor making then a very cheap sensing platform

Le travail de cette thèse est axé autour de l'observation de la stabilité du duplexe de l'ADN. Exploitant un système de détection en temps réel basé sur le principe de l'imagerie par la résonance des plasmons de surface, nous utilisons des rampes de température pour mettre en évidence les interactions d'ADN sur une biopuce fonctionnalisée. Un premier travail porte ainsi sur une comparaison de chimies de greffages et l'influence du tampon sur la stabilité du duplex d'ADN. Notamment, la salinité du milieu et l'influence d'un dénaturant de l'ADN sont étudiés. Dans un deuxième temps, la méthode des rampes de température est appliquée à la détection des mutations ponctuelles sur des cibles d'ADN et ARN longues, issus de la polymerase chain reaction (PCR) ou la nucleic acid sequence based amplification (NASBA), respectivement. L'effet de compétition entre cibles mutées et l'hybridation à la surface est abordé. De plus, les structures secondaires en solutions peuvent changer la capture des cibles sur les sondes. La possibilité d'intégrer l'amplification dans un système de détection sur puce est démontrée pour la NASBA. Enfin, en collaboration avec le laboratoire des lésions d'acides nucléiques (LAN) au CEA Grenoble, une étude des interactions et de l'activité de protéines réparatrices sur l'ADN endommagé est présentée, profitant, de nouveau du choix flexible de la température<br>This Ph. D. Thesis studies phenomena concerning DNA duplex stability. Exploiting a real-time detection system based on Surface Plasmon Resonance imaging (SPRi), we use a temperature scan method to analyze DNA interactions on functionalized biochips. First, a detailed study about a comparison of two DNA immobilization methods and the influence of different buffer components on surface hybridized DNA duplexes is presented. Especially the influence of salt and denaturing agents in the buffer are discussed. Second, we apply the temperature scan method to point mutation detection, as well for oligonucleotides as for longer DNA or RNA targets produced by Polymerase Chain Reaction (PCR) or Nucleic Acid Sequence Based Amplication (NASBA) amplification protocols, respectively. Competition between targets containing point mutations and surface hybridization is addressed. Also, secondary structures in solution may alter target capture on probes. For the isothermal NASBA amplification, we show that it is possible to make an integrated system with amplification and detection on the SPRi chip. Finally, a study of DNA lesions and repair enzymes is presented in collaboration with the 'Laboratory of Nucleic Acids Lesions' (LAN) at the CEA Grenoble profiting once again from the flexible temperature regulation to characterize enzyme activity on surface grafted DNA

L’objectif de mon projet de thèse est de développer des agents de contraste pour l’imagerie par résonnance magnétique ciblant le cœur lipidique dans la plaque d’athérosclérose. Imager et quantifier le cœur lipidique est un enjeu clinique majeur pour la détermination de la vulnérabilité de la plaque et donc l’évaluation des risques de rupture. La stratégie retenue consiste à mimer le comportement des lipoprotéines, en particulier l’apolipoprotéine A1 et son mimétique le D-4F qui se lie aux lipides par l’intermédiaire d’un cluster d’acides aminés aromatiques. La première partie de mon travail a consisté à valider cette stratégie en utilisant une structure micellaire couplée à de la tyrosine-O-méthylester comme plateforme d’imagerie du cœur lipidique. Cette approche a été validée chez l’animal dans un modèle de souris ApoE-/- sous régime hypercholestérolémique développant des plaques d’athérome. Dans la seconde partie de mon travail, nous avons utilisé un contrastophore paramagnétique construit sur une plateforme polysaccharidique versatile et aisément modifiable chimiquement. Plusieurs ligands ont été greffés sur cette plateforme : la tyrosine-O-méthylester, la trityrosine et le L-4F, énantiomère du D-4F. Les interactions des lipoprotéines, HDL et LDL, avec ces dérivés ont été mesurées par résonance plasmonique de surface, puis les produits ont été injectés chez la souris ApoE-/-. In vitro, le L-4F a présenté les interactions les plus fortes avec les lipoprotéines. In vivo, la prise de contraste du cœur lipidique avec le produit substitué par le L-4F s’est révélée équivalente à celle du produit substitué par la trityrosine. Nous avons donc démontré la possibilité de réaliser une imagerie moléculaire du cœur lipidique de la plaque d’athérosclérose à l’aide d’agents de contraste capables de mimer les interactions entre les lipoprotéines et les lipides<br>Imaging and quantifying the lipid core is a key to evaluate the risk of rupture of the atherosclerotic plaque. My goal is to develop MR contrast agent that will target the lipid core inside the atherosclerotic plaque. Our hypothesis is to mimic apolipoprotein A1 and mimetic D-4F behavior with lipids. D-4F is a soluble alpha helix peptide that binds to lipids via a cluster of aromatic amino acids. We believe that using a single aromatic amino acid or a combination of aromatic amino acids on a MR platform will efficiently target the lipid core. First, we developed a micellar platform functionalized with tyrosin-O-methylester. This compound was successfully tested in an ApoE-/- mouse model under western diet that develops atherosclerotic plaque. Then, we generalized this approach with a polysaccharide based MR contrast agent. Tyrosine-O-methylester was coupled to this platform as well as trityrosine and L-4F peptide. These compounds were evaluated first by surface plasmon resonance (SPR) on immobilized lipoproteins and then in the ApoE-/- mouse model. In vivo results indicate an enhancement in the atherosclerotic plaque and in the lipid core that validates our hypothesis

Les nanoparticules d'or possèdent des propriétés optiques remarquables dues à leur résonance plasmonique. A la résonance, les sections efficaces d'absorption et de diffusion peuvent devenir grandes devant la section géométrique de la nanoparticule. Ceci ouvre la voie à de nombreuses applications en particulier dans le domaine biomédical. Il est par exemple possible de suivre de façon individuelle une nanoparticule unique par sa diffusion de lumière ou de les utiliser comme source photothermique locale efficace. Dans une première partie, nous avons élaboré des nanoparticules d’or en formes de demi-sphères ou nanocroissants, par la technique dite de lithographie par masque de nanosphères. Cette technique reproductible permet l'obtention de nanocroissants monodisperses intégrant éventuellement d'autres fonctionnalités. En particulier, nous avons réalisé des nanosondes hybrides alliant des propriétés magnétiques ou de fluorescence aux propriétés plasmoniques. L'anisotropie de forme des nanocroissants leur confère des propriétés optiques anisotropes qui permettent de sont la signature de leur orientation. Ainsi, dans une seconde partie, nous avons développé une technique de mesure locale de la température à partir des corrélations du signal lumineux diffusé par un nanocroissant individuel sous microscopie à champ sombre. Le mouvement brownien rotationnel des nanoparticules permet d'accéder à la température de l'environnement immédiat. Enfin, dans une troisième partie, nous avons développé un montage expérimental de photothermie à l'aide d'un laser coïncidant avec une des résonances plasmons des nanocroissants. Les nanocroissants se comportent alors comme des sources de chaleur nanométriques. L'élévation locale a pu être mesurée à distance, avec une précision de l'ordre du degré, en utilisant la spectroscopie de corrélation de la diffusion<br>Gold nanoparticles have remarkable optical properties due to their plasmon resonance. At resonance, their absorption and scattering cross-sections can be larger than their geometric section. This opens the way to many applications especially in the biomedical field. For example it is possible to track a single nanoparticle by its scattered signal, or use it as a source efficient photothermal transducer. In the first part, we have developed gold nanoparticles with half-sphere shaped, called nanocrescents, by nanosphere lithography. This reproducible technique allows the production of monodisperse nanocrescents, possibly incorporating other additional properties. In particular, we designed hybrid nanoprobes combining magnetic properties or fluorescence plasmonic properties. The anisotropic shape of nanocrescents gives them anisotropic optical properties that have the signature of their orientation. In a second part, we have developed a technique to measure local temperature from corrélations of the scattered light from an individual nanocrescent under dark field microscopy. The rotational Brownian motion of the nanoparticle gives access to the temperature of the immediate environment. Finally, in the third part, we have developed a photothermic setup using a laser that coincides with one of the plasmon resonances of the nanocroissants. These latter behave as nano-heater. The local increase of temperature was measured remotely, with an accuracy of approximately one degree, using the scattering correlation spectroscopy

L'ADN étant le support de l'information génétique, les lésions de l'ADN provoquées par différents stress physiques ou chimiques sont un défi pour les systèmes de réparation cellulaire. Parmi ceux-ci le système de réparation par excision de bases (BER) implique plusieurs enzymes dont les objectifs sont la reconnaissance et le retrait de la base lésée, fonctions bien connues pour deux glycosylases : Fpg Procaryote et OGG1 Eucaryote. De nombreuses approches ont été décrites pour étudier les interactions ADN/protéine in vitro. Avec la résonance plasmonique de surface par imagerie (SPRi), nous disposons d'une technique d'analyse en temps réel, sans marquage avec laquelle nous avons pu observer des interactions parallélisées d'une même protéine enzymatique purifiée (Fpg, OGG1, EndoIV ou Ape1) vis-à-vis de différentes lésions sur des oligonucléotides de synthèse immobilisés sur une surface d'or. Les dommages étudiés sont une base oxydée (8-oxoG), une base cyclisée (cycloadénine) et des analogues de sites abasiques (THF et C3). Nous avons également étudié l'action de ces mêmes enzymes sur des lésions multiples, en tandem, associant les bases 8-oxoG et 8-oxoA sur le même brin d'ADN. L'originalité de notre dispositif associe l'analyse directe de l'interaction ADN/protéine et l'approche indirecte de sa conséquence par une stratégie d'hybridation et d'amplification du signal après une rampe thermique. Les résultats obtenus permettent d'envisager l'utilisation de notre technique pour observer la réparation simultanée de certaines lésions par des extraits cellulaires pour des travaux de biochimie ou des extraits tissulaires humains pour des travaux de biologie médicale<br>DNA is the carrier of genetic information. DNA damage caused by various physical or chemical stresses is a challenge for cellular repair systems. These include the base excision repair system (BER) which involves several enzymes whose objectives are the recognition and removal of damaged bases, well-recognised functions for two glycosylases: prokaryotic Fpg and eukaryotic OGG1. Many approaches have been described to study DNA / protein interactions in vitro. With surface plasmon resonance imaging (SPRi), we have a real-time technique, without labeling, with which we can observe interactions in parallel for a single protein purified enzyme (Fpg, OGG1, EndoIV or Ape1) vis-à-vis various injuries to synthetic oligonucleotides immobilized on a gold surface. The damages studied were an oxidized base (8-oxoG), a cyclised base (cycloadenine) and analogues of abasic sites (THF and C3). We also studied the action of these enzymes on multiple lesions, in tandem, combining the 8-oxoG and 8-oxoA bases on the same strand of DNA. The originality of our system combines the direct analysis of the DNA / protein interaction with the indirect approach of observing its outcome by hybridization and amplification of the signal after a thermal ramp. The results obtained enable us to consider the use of our technique to observe the simultaneous repair of certain lesions by cell extracts for biochemical work, or by human tissue extracts for bio-medical work

L’anhydrase carbonique IX (AC IX h) est une enzyme souvent associée à un mauvais pronostic, à la progression tumorale et à la régulation du pH extracellulaire des cellules tumorales sur un plan moléculaire. L’AC IX est très peu exprimée dans les tissus sains mais par contre, elle est surexprimée au sein de la masse tumorale, ce qui permet de la qualifier comme une cible thérapeutique potentielle. Une nouvelle classe d’inhibiteurs d’anhydrase carbonique IX a été conçue et synthétisée par notre équipe. Cette série de composés présente une solubilité aqueuse faible, limitant ainsi son développement pharmaceutique. La complexation de ces composés avec des cyclodextrines offre la possibilité d’améliorer leur solubilité et leur biodisponibilité sans affecter leur structure originale. Des études de complexation entre nos composés et diverses cyclodextrines ont été réalisées, afin de déterminer le complexe supramoléculaire le plus adéquat. Les études des complexes Analyte / Cyclodextrine ont été réalisées par deux techniques complémentaires, la résonance magnétique nucléaire et l’électrophorèse capillaire. La complexation de six sulfonamidodiarylpyrazoles originaux avec six cyclodextrines (&#61537;-, &#61538;- et &#61543;- CDs, hydroxypropyle HP-&#61538;-CD, méthyle Me-&#61538;-CD ou amino NH2-&#61538;-CD) a été étudiée au pH physiologique. Les constantes de complexation, la stœchiométrie et l’étude structurale des complexes ont alors été déterminées. Par ailleurs, la présence d’un centre d’asymétrie dans la série des alcools secondaires, synthétisés sous leurs formes racémiques, a orienté nos travaux vers le développement de méthodes séparatives à l’échelle préparative afin de disposer de quantités suffisantes d’énantiomères permettant la détermination de leurs affinités pour la cible. Les séparations chirales ont été mises au point par chromatographie liquide haute performance, par chromatographie en phase supercritique ou par électrophorèse capillaire. La caractérisation de quatre analytes vis-à-vis de l’anhydrase carbonique II (AC II) a été réalisée, dans un premier temps, par des études d’interaction moléculaire utilisant des méthodes biophysiques qui ne nécessitent pas de marquage des partenaires, la résonance plasmonique de surface, la calorimétrie de titration isotherme et la thermal shift assay. L’objectif de cette comparaison était de valider les résultats obtenus mais aussi de sélectionner la méthode d’analyse permettant l’étude d’une grande série de composés avec l’isoforme d’intérêt (AC IX). Les résultats obtenus nous ont conduits à choisir la résonance plasmonique de surface (RPS) comme technique de choix pour l’étude de l’affinité des sulfonamidodiarylpyrazoles. Les affinités de seize composés pour trois isoformes (AC II, IX et XII) ont ensuite été déterminées par RPS. Des affinités de l’ordre du nanomolaire ont été obtenues pour les trois isoformes. De cette étude, deux composés possédant une affinité intéressante pour l’AC IX et une sélectivité AC IX versus AC II ont été selectionnés. De plus, l’étude de l’affinité des composés optiquement purs a permis de mettre en évidence une énantioselectivité isoforme dépendante<br>Carbonic anhydrase (CA) IX expression is increased upon hypoxia and has been proposed as a therapeutic target since it has been associated with poor prognosis, tumor progression and pH regulation. A new class of human carbonic anhydrase IX (hCA IX) inhibitors, diarylpyrazole sulfonamide derivatives, has been synthesized in our team. These compounds have a very limited water solubility which limits their pharmaceutical development. The complexation with cyclodextrins (CDs) offers the possibility to improve their solubility without affecting their original structure and has proved to be one of the most effective. The studies of the complexes formed between our compounds and various CDs have been performed, in order to choose the most appropriate CD. We investigate by NMR and capillary electrophoresis the complexes formed between six original diarylpyrazole sulfonamide derivatives and six CDs (native &#61537;-, &#61538;- and &#61543;- CDs, hydroxypropylated HP-&#61538;-CD, methylated Me-&#61538;-CD or amino NH2-&#61538;-CD) at physiological pH. Futhermore, as these compounds have a chiral center, it was essential to separate their enantiomers and verify their optical purities before envisaging the study of their pharmacological activity. The enantiomeric purification was performed by three separative methods, the high performance liquid chromatography, the supercritical fluid chromatography and the capillary electrophoresis. This study permit to obtain optically pure compound in order to determine affinity of carbonic anhydrase. To determine the affinities of derivatives with isoforms, we performed first a comparison of three label-free methods for quantitative assessment of binding strength between carbonic anhydrase II and sulfonamides derivatives. The formation constants have been determined by surface plasmon resonance, isothermal titration calorimetry and thermal shift assay, which characterize the interaction between two partners. This study was useful to select and to validate the surface plasmon resonance (SPR) for the molecular interaction between carbonic anhydrases and all our derivatives. Affinities of sixteen compounds for three carbonic anhydrase isoforms (CA II, IX and XII) were then determined by SPR. These compounds have nanomolar affinities for three isoforms. Two compounds have affinities with great interest for the isoform CA IX, and a good selectivity CA IX versus CA II and should be considered as lead compounds. Additionally, some of optically pure compounds have shown an enantioselectivity for the AC isoforms

Cette thèse se déroulera entre l’IES à Montpellier et l’Institut Pascal (IP) à Clermont-Ferrand. Le projet doctoral consiste à développer les briques de base d’un modulateur d’onde THz intégré par photo-génération de méta-surfaces. L’IES et l’IP travaillent depuis maintenant plusieurs années au développement d’applications originales dans le moyen infrarouge (MIR) et le THz en s’appuyant sur des concepts physiques originaux de comme la plasmonique tout semi-conducteur et les méta-surfaces photo-générées. Récemment, la modulation d’un faisceau THz jusqu’à une fréquence de coupure de 2 MHz a été mise en évidence dans des membranes minces d’InAs par photo-génération de porteurs pour une densité de puissance laser de seulement 10 W.cm-2. De telles densités de puissance sont facilement accessibles par des lasers semi-conducteurs notamment ceux développés dans le groupe Nanomir. La photo-génération de porteurs libres dans la membrane d’InAs permet de créer un matériau à epsilon proche de zéro (Epsilon Near Zero, ENZ) dans le THz. L’onde THz 50 fois plus grande que la couche mince sera très fortement réfléchie et absorbée par cette couche ENZ. Le projet de thèse consistera à développer dans un premier temps les outils numériques à l’IP pour optimiser la structure complète intégrant un laser et des couches d’InAs dopé ou non dopé. Ensuite seront développées à l’IES les étapes technologiques nécessaires à la fabrication du dispositif dans le groupe Nanomir de manière à procéder à des tests de modulation d’onde THz dans le groupe Photera<br>This thesis will take place between IES in Montpellier and Institute Pascal in Clermont-Ferrand. The doctoral project consists of developing the building blocks of integrated THz modulator based on photo-generated meta-surface. IES and IP collaborate for a few years to develop applications in the mid-infrared and THz range using original concepts such as all-semiconductor plasmonics and photo-generated meta-surface. Recently, they demonstrated the modulation of a THz wave through photo-generated meta-surface in a free-standing slab of un-doped InAs using a 800-nm laser at a weak irradiance of 10 W.cm-2. Nanomir can fabricate lasers with larger irradiance. This modulation of the THz wave is due to the photo-generated free-carriers that transform the InAs slab in epsilon near zero (ENZ) material. The THz wave 50 times smaller than the InAs slab will be reflected and absorbed by the ENZ layer. The thesis project will consist of developing numerical tools at IP to optimise the design including the laser and the un-doped and doped InAs layers. The selected structures will be fabricated at IES in the Nanomir group whereas the photo-modulation process will be characterized in the Photera group

Les objets structurés à l'échelle sub-longueur d'onde sont le siège d'interactions lumière-matière permettant d'obtenir des résonances d'amplitude extraordinaire localisées spectralement. Ils permettent ainsi la réalisation de filtres spectraux dans l'infrarouge. Pour améliorer les performances de ces filtres et ce, notamment en termes d'efficacité de réjection, j'ai étudié au cours de ma thèse la superposition de structures sub-longueur d'onde identiques mettant en jeu des modes évanescents et propagatifs. J'ai ainsi mis en évidence la présence d'une extinction extraordinaire de la transmission ou de la réflexion lorsque les structures sont en champ proche. L'origine de ce phénomène est révélée dans ce manuscrit grâce à la mise en place d'une approche heuristique basée sur la formule de Mason et la traduction des interactions entre les modes propagatifs et évanescents en graphes de fluence. J'ai ainsi pu établir des règles de conception qui ouvrent la voie vers le design de structures filtrantes hautes performances à forte efficacité de réjection hors bande passante. De manière à valider cette étude théorique, j'ai conçu et fabriqué une structure encapsulée dans du diélectrique qui a permis de démontrer la fonction d'amélioration de l'efficacité de réjection dans les structures superposées. Parallèlement, j'ai cherché à étudier l'agilité spectrale de cette extinction extraordinaire en superposant dynamiquement deux structures filtrantes par le biais d'actionneurs piézoélectriques. Véritable challenge expérimental, ce banc a nécessité la mise en place d'une procédure d'alignement originale des réseaux sub-longueur d'onde pour une mise en champ proche par assemblage<br>Devices structured to the sub-wavelength scale are the subject of light-matter interactions that enable spectrally localized resonances with extraordinary amplitude. Thus, they allow the realization of spectral filters in the infrared range. To improve those filters performances and more particularly regarding the rejection efficiency, I have studied during my PhD the superposition of identical sub-wavelength structures that bring propagative and evanescent modes into play. This way, I have evidenced the presence of an extraordinary extinction of either the transmission or the reflection when the structures are in near-field. The extraordinary extinction's origins is revealed in the manuscript using a phenomenological approach based on the combination of Mason's rule with signal flow graphs that translate interactions between propagative and evanescent modes. This way, I have been able to establish conception rules that pave the way to the design of high performances filtering structures with strong rejection efficiency out of the band pass. To be able to confirm this theoretical study, I have then designed and built a structure encapsulated into dielectric which has allowed to demonstrate the improvement on the rejection efficiency for cascaded structures. At the same time, I tried to investigate the spectral agility of the extraordinary extinction by dynamically superimposing two filtering structures using piezoelectric actuators. True experimental challenge, this optical bench has required the development of an original alignment protocol to be able to assemble the two sub-wavelength gratings in near field

La prolactine (PRL) est une hormone hypophysaire impliquée dans un grand nombre de fonctions physiopathologiques. Elle forme avec son récepteur (PRLR) homodimérisé un complexe trimérique au sein duquel trois sites d’interaction ont été identifiés : chaque protomère de récepteur interagit avec l’hormone via les sites appelés 1 et 2, tandis que l’interaction entre les deux récepteurs est appelée site 3, ou interface. Afin d'élucider les relations structure-fonction du site 3, divers mutants impliquant des résidus de l'interface, sélectionnés à partir de la structure cristallographique du complexe PRL:PRLR2, ont été générés, puis analysés par diverses approches biochimiques, biophysiques (résonance plasmonique de surface, ou SPR), structurales (résonance magnétique nucléaire) et cellulaires. Le résidu Isoleucine 146 est proche de l'interface; une mutation de ce résidu en leucine a été récemment décrite chez l'Homme, et notre laboratoire a montré qu'elle conduisait à un récepteur constitutivement actif. Divers mutants de la position 146 ont également été générés et caractérisés selon les approches décrites ci-dessus. Nos résultats montrent que tant les résidus de l'interface que le résidu Ile146 jouent un rôle clé dans le mécanisme d'activation du PRLR, les mutations réalisées affectant l'affinité du récepteur pour le ligand, l'activité basale du PRLR et/ou la sélectivité des cascades de signalisation activées, que ce soit constitutivement ou en réponse au ligand. Enfin, nous avons jeté les bases d'une approche nouvelle approche de SPR qui permettra à terme d'élucider les dynamiques d'interaction du récepteur entier avec divers ligands dans un contexte membranaire

L'annexine III est membre d'une famille de protéines solubles, ubiquitaires et qui lient les phospholipides membranaires par l'intermédiaire du calcium. L'annexine III est en particulier fortement exprimée dans la lignée prépromyélocytaire, où son expression augmente lors de différenciation pour atteindre 1% des protéines cytosoliques dans le neutrophile. Son expression y est cytosolique et elle est souvent associée aux granules spécifiques. Certaines études ont attribué à cette annexine une fonction enzymatique dans le cycle de dégradation des inositol phosphates en tant qu'inositol cyclique 1,2 phosphate 2 phosphohydrolase. Afin d'étudier la fonction biologique de l'annexine III, nous avons dans un premier temps résolu sa structure tridimensionnelle par crisallographie des rayons X. Sa structure est proche de celles des autres annexines, avec quatre domaines structuraux de cinq hélices α chacun. Le site calcium du domaine III est un site à forte affinité comprenant un tryptophane exposé au solvant et la liaison de trois ions calcium : un dans le site principal et deux dans les sites secondaires. Par son repliement spécifique, la partie N-terminale obstrue avec son Tryptophane en position 5, une extrémité du pore central de la protéine. Ce pore est supposé être le lieu de l'activité canal ionique de certaines annexines. Une étude par électrophysiologie de l'activité canal de l'annexine III a montré que cette annexine a, in vitro, une faible conductance (2,2 pS) et est sélective dans la mesure où le canal laisse passer préférentiellement les cations monovalents par rapport aux cations divalents. Le mutant W5A de l'annexine III, où le tryptophane en position 5 a été muté en alanine, présente une plus forte activité que la protéine sauvage. L'étude cristallographique de ce mutant a révélé qu'en l'absence du Trp 5, la partie N-terminale de l'annexine III est très agitée et n'obtrue plus l'extrémité du pore, corroborant ainsi la localisation du canal au niveau du pore central. Des études sur l'oligomérisation de l'annexine III ont montré qu'en présence seulement de calcium, elle forme des dimères, des trimères et autres oligomères de poids moléculaire supérieur. L'oligomérisation de l'annexine III est très fortement inhibée lorsque le site calcium du domaine III est muté, suggérant l'implication quasi exclusive de ce site dans le mécanisme d'oligomérisation. En vue d'étudier l'activité enzymatique potentielle sur l'annexine III, cette dernière a été cristallisée en présence d'inositol 2 phosphate, un inhibiteur de l'inositol cyclique 1,2 phosphate 2 phosphohydrolase. Aucun site enzymatique n'a pu être localisé dans la structure. Des études biochimiques ont alors été entreprises afin de préciser le rôle joué par l'annexine III dans le métabolisme des inositol phosphate. L'annexine III pure recombinante ou extraite de placenta n'a pas l'activité d'hydrolase que l'on a pu lui attribuer. En revanche, l'annexine III interagit spécifiquement avec l'inositol cyclique 1,2 phosphate. Cette spécificité de l'annexine III pourrait expliquer pourquoi cette annexine est nécessaire à l'activité d'inositol cyclique 1,2 phosphate 2 phosphohydrolyse : l'annexine III serait un présentateur du substrat à l'enzyme. Par ailleurs, des études sur système BIAcore (Pharmacia) ont montré que l'annexine III ne présentait pas, par rapport aux autres annexines, d'affinité spécifique vis à vis des phosphatidylinositols dans sa liaison aux phospholipides.

La plasmonique exploite les plasmons polaritons de surface (SPP) et les plasmons de surface localisés (LSP). Les nanostructures 1D métalliques et hybrides ouvrent la voie à l’exploitation combinée de la nature de propagation du SPP et du caractère émissif des LSPR. Durant ma thèse, j'ai conçu des nanofils fonctionnels à base d'or pour l'exploration et l'exploitation de ces propriétés. Un résultat important concerne la conception de nanofils coaxiaux pour permettre la détection de signaux Raman à distance. La spectroscopie Raman à distance repose sur la séparation de plusieurs micromètres de l’excitation par un laser à une extrémité du nanofil et de la détection Raman à l’autre extrémité. La très faible efficacité de l'émission Raman est un défi supplémentaire. Des nanofils coaxiaux constitués d'un coeur d'or, pour propager les SPP, et d'une gaine de poly(3,4-éthylène-dioxythiophène) pour le signal Raman ont été conçus pour la preuve de concept. Cette étude a permis de mettre en évidence une forte orientation préférentielle des chaînes de polymères attribuée à la synthèse ultraconfinée. Dans une autre étude, nous avons cherché à améliorer le comportement d’antenne de ces nanofils. Pour cela, un traitement laser post-synthèse a permis de produire des protubérances aux extrémités des nanofils d’or. Il en résulte un couplage plus efficace avec la lumière incidente pour exciter les SPP et une augmentation de la lumière diffusée à l'extrémité opposée. Ces études constituent des approches alternatives pour la détection à distance de substances photodégradables et pour l'exploration de nanosources 1D et nano-antennes pour des systèmes photoniques et plasmoniques intégrés<br>Plasmonics is an important research topic for nanophotonics based on surface plasmon polaritons (SPP) and localized surface plasmons (LSP). 1D-like metallic and hybrid nanostructures opens the way to exploit altogether the propagative nature of SPP in a guided way, and the strong field enhancement of LSPR. During my thesis work, I designed functional gold-based nanowires with controlled morphological and compositional characteristics for exploring and exploiting their plasmonic properties. A main achievement reports on the plasmon-mediated remote Raman sensing promoted by coaxial nanowires. Remote Raman spectroscopy is based on the separation by many micrometres of the excitation laser spot on one tip of the nanowire, and the Raman detection at the other tip. The very weak efficiency of Raman emission makes it challenging. Coaxial nanowires consisting of a gold core to propagate SPP and a Raman-emitting shell of poly(3,4-ethylene-dioxythiophene) were synthesized for the proof-of-concept. This study also permits to evidence a strong preferential orientation of the polymer chains due to the ultra-confined synthesis. In another study, the enhancement of both the SPP excitation and the light emission efficiency has been realized by transforming the gold nanowire tips with optimized laser treatments. It results in dog bones like nanowires, which improve the coupling with the excitation light for a suitable polarization and increase the scattered light at the opposite tip. These studies constitute alternative approaches for the remote detection of photo-degradable species and for exploring 1D nanosources and nanoantennae for integrated photonic and plasmonic systems

L’imagerie infrarouge refroidie est portée par une demande forte pour des applications dans les secteurs militaire, industriel et spatial. Les enjeux actuels de ce marché sont le fonctionnement à haute température et la fonctionnalisation spectrale des détecteurs.Ces enjeux peuvent être adressés grâce à l’utilisation de résonateurs optiques et leur faculté à concentrer le champ électromagnétique. Ce travail de thèse montre comment des résonateurs plasmoniques peuvent être intégrés dans la filière HgCdTe.La théorie temporelle des modes couplés a été utilisée, de manière analytique, pour optimiser à travers la condition de couplage critique, l’absorption dans un résonateur plasmonique chargé par un semiconducteur. La conception d’une photodiode HgCdTe ultramince plasmonique est ensuite détaillée. Elle repose sur l’utilisation d’un mode optique résultant du couplage entre un mode plasmon de surface et un mode gap plasmon de cavité<br>The market for cooled infrared imaging technologies is growing fast due to a range of applications covering military, commercial and space. Current research for innovative systems focuses on high operating temperature and multispectral detectors.To achieve these aims, optical resonators can be used to concentrate electromagnetic fields in thin absorbing media. This thesis investigates the possibility of using plasmonic resonators for HgCdTe photodetection.Temporal coupled-mode theory is used to optimise analytically the absorption in a plasmonic resonator incorporating an absorbing semiconductor subject to the critical coupling condition. A design of a thin plasmonic HgCdTe diode is then described. This includes a hybrid plasmonic mode arising from the coupling between a surface plasmon and a cavity gap-plasmon mode

Dans notre travail, nous présentons une étude d'architectures plasmoniques à base d'assemblées planes de nanoparticules (NPs) d'argent, enterrées à quelques nanomètres sous la surface d'une matrice diélectrique. L'analyse structurale des matériaux, notamment par microscopie électronique en transmission, a été menée pour déterminer le rôle des différents paramètres de la technique d'élaboration, l'implantation ionique à basse énergie, sur l'organisation à trois dimensions des NPs, dans des films de dioxyde ou de nitrure de silicium sur substrat de silicium. Afin de contrôler de manière systématique ces paramètres, nous avons étudié les réponses optiques élastique et inélastique des hétérostructures. La réponse optique élastique a été obtenue grâce à des mesures de réflectance optique, puis confrontée à des simulations numériques que nous avons développées afin de déterminer la taille moyenne des NPs et la quantité d'argent implantée. L'étude de la topographie du champ électrique a ainsi permis de tirer profit à la fois de la résonnance plasmonique et de l'amplification optique dans nos systèmes multicouches antireflet. La réponse inélastique a quant à elle été étudiée grâce à la spectrométrie Raman sur une large gamme de fréquence. Les modes collectifs de vibration (dits de Lamb) des NPs ont été analysés à basse fréquence, et à plus haute fréquence, nous avons extrait la densité d'états des modes de vibration (VDOS). Associée à des simulations atomistiques, celle-ci nous a donné des informations originales sur la dynamique vibrationnelle à l'échelle atomique et les propriétés thermodynamiques de NPs d'argent enterrées (mais également de NPs d'or déposées). Enfin, nous montrons plusieurs exemples d'applications des assemblées de NPs dans des dispositifs hybrides comme l'exploitation des couplages entre ces NPs et des dépôts (notamment de graphène) réalisés sur nos substrats. En particulier, ceux-ci peuvent être exploités pour la spectrométrie exaltée de surface (effet SERS). Puis nous avons conçu, grâce aux techniques de microélectronique, des dispositifs de plasmo-électronique exploitant les propriétés de photoconductance de ces assemblées de NPs, déposées ou enterrées<br>In our work, we present the study of plasmonic architectures made of a plane of nanoparticules (NPs) embedded at the vicinity of a dielectric matrix free surface, by low energy ion beam synthesis. Materials structural analysis, especially by transmission electron microscopy, have been carried out to determine the impact of the elaboration process parameters on the three dimensional organization of the NPs, in silicon dioxide or nitride layers grown on silicon substrates. To systematically check these parameters, we studied the elastic and inelastic optical responses of the heterostructures. The elastic response has been obtained by measuring the reflectance of the samples, and confronted to numerical modelling we developed, to determine the mean size of the NPs and the implanted silver amount. The study of the electric field topography allowed us to take benefit from both plasmonic resonance and optical amplification in antireflective layers. The inelastic response has been studied using Raman spectroscopy over a wide frequency range: vibrational collective modes (Lamb modes) of the NPs have been studied at low frequency, while at higher frequency, we have extracted the vibrational density of states (VDOS). Combined with atomistic simulations, the VDOS gave us original information on the vibrational dynamics and the thermodynamic properties of buried silver NPs (and deposited gold NPs). Finally, we present some applications of the assemblies of NPs in hybrid devices, such as the use of coupling between these NPs and deposited substances (e. G. Graphene) on our substrates. In particular, it can be used for surface enhanced Raman spectroscopy (SERS). Then using techniques from microelectronics, we designed plasmo-electronic devices exploiting photoconductance properties of these buried or deposited NPs assemblies

This thesis is devoted to develop two biological detection systems based on nanostructured gold surfaces to detect the binding of streptavidin/biotin. In the first part, we have studied a multimodal detection system using local surface plasmon resonance of the gold substrate and the luminescence of labelling core-shell Gd2O3/SiOx nanoparticles, which profits from the plasmonic property of nanostructure gold. In a second part, we have focused in a surface-enhanced chemiluminescence system based on chemiluminescence of luminal/hydrogen peroxide (H2O2) enhanced by gold nanostructures in the vicinity, which benefits from the catalytic property of nanostructure gold. Several parameters influencing the chemiluminescence of luminal were investigated. Enhancing mechanism of luminal chemiluminescence was proved to be not related to Plasmon-assisted process but originates from catalytic properties of the metal induced by corrugation<br>Cette thèse est consacré à développer deux systèmes pour la détection biologique à la base de la surface d’or pour détecter la liaison entre les molécules de biotine et de streptavidine. Premièrement, nous avons étudié un système de détection multimodal utilisant la résonance des plasmons de surface localisé sur substrats d’or et la luminescence de nanoparticules labellisées de coeur-écorce Gd2O3/SiOx, qui bénéficie de la propriété plasmonic d’or en nanostructure. Deuxièmement, nous avons focalisé sur un système qui se fonde sur le phénomène d’exaltation de chimiluminescence par la surface. La chimiluminescence de luminophore/ peroxyde d’hydrogène (H2O2) est exaltée par nanostructure d’or à proximité, qui bénéficie de la propriété catalytique de nanostructure d’or. Plusieurs paramètres ont été étudiés de manière systématique. Finalement, il est prouvée que le mécanisme de l’exaltation de chimiluminescence est originaire de la propriété catalytique du métal induit par la rugosité

Dans ce travail, les propriétés optiques des nanoparticules métalliques (Ag, Au et Cu) sont étudiées théoriquement en utilisant l’approche de l’approximation dipolaire discrète (DDA). En outre, les propriétés électroniques des nanoparticules et supercristaux d’or sont étudiées à l’aide de la microscopie à effet tunnel (STM) et de la spectroscopie à effet tunnel (STS) à basses températures (78 K et 5 K) sous ultravide (UHV). Dans un premier temps, les spectres d’absorption des nanoparticules de métaux nobles (Ag, Au et Cu) avec des morphologies typiques de particules multimâclées(MTP) et de particules monocristallines sont calculées en utilisant la méthode DDA. Parmi les morphologies considérées, il est constaté que les particules icosaédriques, cuboctaèdriques et octaèdriques tronquées se comportent comme des particules quasisphériques alors que la réponse optique des décaèdres diffère sensiblement des autres. Ce résultat, qui provient de l’anisotropie de la forme du décaèdre, souligne la capacité à discriminer les particules MTPs de forme décahédrale d’une population de particules de cristallinitées mixtes avec des formes quasisphérique. Les spectres d’extinction de nanoprismes triangulaires d’argent avec 5 nm d’épaisseur sont calculés selon la méthode DDA. Le rapport d’aspect (AR) d’un nanoprisme, qui correspond au rapport de longueur d’arête sur l’épaisseur, varie de 5 à 40. Pour des nanoprismes avec des AR ≥ 15, la résonance lasmonique dipolaire de surface (SPR) est observée et plusieurs modes multipolaires émergent à des énergies plus élevées. En raison de l’AR élevé des nanoprismes considérés ici, la SPR multipolaire est particulièrement bien observée et examinée en détail. Le spectre d’extinction calculé montre une dépendance claire de la longueur du bord, d’épaisseur, du AR et du volume des nanoprismes. La présence d’un substrat est également étudiée, ainsi que l’influence de la taille de la troncature des nanoprismes ciselés. En outre, la méthode DDA est utilisée pour simuler la réponse optique de monocouches ordonnées de nanoparticules d’or avec un diamètre de 5 nm. Des calculs semblables sont également effectués pour des monocouches de nanoparticules d’argent. Dans les deux cas, les spectres d’absorption sont calculés pour différents angles d’incidence et distances entre particules afin de mettre en évidence l’anisotropie optique. Cette dernière, qui liée à la géométrie du système, se traduit par un dédoublement de bande pour la SPR dans les modes transverses et longitudinales. En effet, l’apparition de deux bandes de SPR dans le spectre d’absorption est observée pour les réseaux de nanoparticules d’argent lorsque la distance interparticulaire frontière à frontière devient inférieure à environ un rayon de la particule. Inversement, un tel dédoublement n’est pas observable pour des réseaux de nanoparticules d’or et cela quelle que soit la distance interparticulaire et l’angle d’incidence choisis. La différence de comportement optique entre les réseaux 2D d’or et d’argent est attribuée aux propriétés diélectriques intrinsèques de ces deux métaux. Pour finir et continuer l’investigation des propriétés physiques des arrangements de nanoparticules métalliques, une étude expérimentale particulière, concernant les propriétés électroniques, est menée. Elle concerne à la fois des cristaux 3D ordonnés de nanocristaux d’or, mais aussi des films minces et des nanocristaux isolés déposés sur du graphite (HOPG). Ces investigations sont menées en combinant le STM et la STS. Les spectres STS d’une NP montrent clairement les marches de Coulomb qui sont modélisées en appliquant la théorie orthodoxe pour un seul électron tunnel. Cependant, le blocage de Coulomb est observé pour les supracristaux, mais pas les marches de Coulomb. Enfin, le blocage de Coulomb dépend de l’épaisseur des supracristaux et de la température.

Les nanoparticules (NP) d’or sous irradiation lumineuse présentent une oscillation collective de leurs électrons de conduction connue sous le nom de résonance de plasmon de surface (RPS) localisé. La RPS permet alors l’injection d’énergie rapide et efficace dans des NP par absorption d’impulsions laser ultracourtes. Il s’ensuit une série de mécanismes de conversion et d’échange énergétique, impliquant les diffusions électron-électron et électron-phonon. L’échauffement des NP qui en résulte relaxe ensuite par transfert thermique vers le milieu hôte. Les NP peuvent être ainsi vue comme des sources de chaleur localisées et ultrarapides. Au-delà, les différents processus photo-induits résultent en la modification transitoire des propriétés optiques des NP, que l’on peut suivre par spectroscopie laser pompe-sonde résolue en temps. L’injection d’énergie et la réponse optique, dominées par la RPS, sont très sensibles aux paramètres morphologiques tels que la taille, la forme et la distribution spatiale des particules. Dans ce travail, nous étudions plusieurs aspects de la réponse optique transitoire ultrarapide de NP d’or. Nous présentons d’abord les fondements théoriques, les modèles et la technique expérimentale que nous avons mis en œuvre. La dépendance spectrale de la réponse optique de nanobâtonnets, puis les effets de couplage plasmonique sur les propriétés optique stationnaires et transitoires de réseaux de NP, sont alors abordés. Nous étudions et exploitons le couplage résonnant de la RPS et d’un mode localisé dans une cavité de cristal photonique 1D en régime transitoire. Enfin, nous analysons ensuite l’échauffement local photo-induit de différents types de NP<br>Gold nanoparticles (NPs) under light irradiation exhibit collective oscillations of their conduction electrons, known as the localized Surface Plasmon Resonance (SPR). The SPR then enables efficient and quick energy input in NPs through absorption of ultrafast laser pulses. A series of energy conversion and exchange mechanisms follows involving electron-electron and electron-phonon scattering. The subsequent NP heating further relaxes by thermal transfer to the host medium. Gold NPs under light pulses can thus be used as local ultrafast heat nanosources. Furthermore, the different photo-induced processes result in the transient modification of the NP optical properties, which can be monitored by time-resolved pump-probe laser spectroscopy. The energy input and optical response, as being mainly linked with the SPR, are very sensitive to the NP morphological parameters like size, shape and spatial distribution in the host medium. In this work, we study and exploit several aspects of the ultrafast transient optical response of gold NPs. We first review the theoretical fundamentals and models, as well as the experimental technique that we have carried out. Then the spectral dependence of the optical response of gold nanorods is investigated. Further, we analyze also the effect of plasmon coupling on the stationary and transient optical properties of gold NP arrays. Moreover, we investigate and exploit the ultrafast transient resonant coupling of the SPR of gold NPs and a localized cavity mode in a 1D photonic crystal. Finally, we study the local photo-induced heating properties of several kinds of NPs

Les NPs de métaux nobles sont bien connues pour leur LSPR dans la bande UV-Vis. Notre travail porte : sur l’élaboration de NPs à base de Cu et/ou d’Ag, mono- ou bimétalliques, par PLD sous ultra-vide, et sur une étude de leurs propriétés optiques et structurales par diverses méthodes de microscopie (MET, AFM) et par spectrophotométrie UV-Vis. Le rôle du substrat sur la réponse optique des NPs aplaties d'Ag a été étudié. Leur distribution de formes a pu être déterminée à partir de la seule réponse optique. Pour des NPs de Cu, l'influence d'une matrice carbone et leur morphologie permettent de découpler la LSPR des transitions interbande pour obtenir une LSPR bien définie, contrairement au cas de NPs sphériques de cuivre dans l'air. L'EFTEM a mis en évidence la configuration cœur-coquille des NPs Cu-Ag. Pour une proportion (2/3, 1/3) de Cu et Ag, les NPs ont une coquille homogène. Leur forme aplatie rapproche la réponse optique de celle du Cu seul. Pour une proportion (1/3, 2/3), les NPs Cu-Ag sont de forme et réponse optique caractéristiques de NPs excentrées. Nous avons également étudié l’effet de l’oxydation sur Cu-Ag. Elle entraine une modification des dimensions et la formation d’une couche d’oxyde de Cu autour de nos NPs. Ces deux effets se conjuguent dans la mise en place des propriétés optiques. Enfin, à partir des simulations des images HRTEM des NPs Cu-Ag présentant des moirés, nous avons développé une technique de caractérisation de la fraction d'épaisseur du Cu. Ceci permettra de caractériser plus finement la morphologie des NPs et donc d'interpréter plus précisément la réponse optique des NPs, en particulier pour les études de réponse optique de particule unique.

Une nanostructure est dite chirale si elle ne possède pas de plan de symétrie, autrement dit si ses images miroirs sont non superposables. Les objets chiraux interagissent de manière différente avec la lumière polarisée circulairement. Le champ proche exalté induit par ces structures est accordable en longueur d’onde et permet d’amplifier les effets chiroptiques, ces caractéristiques leurs attribuent une place importante dans le domaine de la biodétection. De ce fait, l’exploration de ce champ proche consiste l’axe principal de notre étude. Pour ce faire, on utilise une sonde locale, le PMMA-DR1. Ce copolymère est formé d’un groupe azoïque DR1 qui est attaché latéralement du côté de son groupe donneur au polymère PMMA par une liaison covalente. Sous irradiation adéquate (appartenant au spectre d’absorption du DR1), le champ proche de la nanoparticule active le cycle d’isomérisation de la molécule qui transforme cette énergie électromagnétique en un mouvement mécanique pour passer de l’état Trans à l’état Cis. Le déplacement de matière induit est suivi par des observations AFM. Plusieurs travaux sur l’imagerie photochimique ont été effectués au sein de notre laboratoire sur différentes structures. Récemment, cette méthode a été utilisée pour comprendre le comportement chiral d’une nanostructure parfaitement symétrique qui ne présentait aucun dichroïsme circulaire au champ lointain. Notre contribution consiste à sonder le comportement chiral de structures parfaitement asymétriques par cette méthode d’imagerie<br>Chiral nanostructures interact differently with right and left circularly polarized light. Moreover, they exhibit enhanced electric and magnetic near-fields leading to the so-called superchirality. This effect can be used for the detection of chiral biological objects with high enantio-sensitivity. Indeed, the optical chirality C is correlated with the rate of excitation of the chiral molecule, so that increasing the optical chirality at the location of the molecule can significantly improve its detection. We present here a subwavelength imaging approach that is based on the interaction between the highly exalted near-field of chiral nanoparticles and an azobenzene molecule (DR1, disperse red 1) grafted to a polymeric chain (i.e. PMMA). Under illumination, the azobenzene molecules (DR1) undergo photo-isomerization cycles, which induce a displacement of matter inducing measurable topographical modifications that can be tracked using atomic force microscopy. Therefore, we obtain in the polymer a map of the near-field of the chiral nanostructures. We recently demonstrated that chiral effects and field dissymmetry in plasmonic nanostructures can be imaged with this technique. Here, we apply photochemical imaging to chiral metallic nanostructures, such as chiral coupled nanorods. We show that the near-field chiral response can be imprinted in the photopolymer

La surveillance des conditions physiologiques de donneurs d'organes en état de mort cérébrale est cruciale pour prévenir la dégradation des tissus. Ce suivi peut être effectué en observant la réponse inflammatoire (tempête cytokinique) à travers des biomarqueurs spécifiques : les miARNs. Ce travail propose d'utiliser l'imagerie par résonance plasmonique de surface (SPRI) pour détecter quantitativement ces miARNs. Cette recherche vise à développer un biocapteur SPRI plus sensible et spécifique pour détecter les miARNs à des concentrations inférieures à la limite de détection de ces systèmes.Tout d'abord, une fonctionnalisation de la surface d'or de la biopuce mieux orientée a été développée afin d'améliorer l'accessibilité des biorécepteurs. Ensuite, des sondes modifiées avec des bases LNA ont été employées pour renforcer l'affinité avec le miARN cible. En parallèle, une stratégie d'amplification par sandwich du signal SPRI a été conçue en utilisant des nanoparticules d'or, et un modèle cinétique a été élaboré pour prédire le facteur d'amplification. Les AuNPs ont été synthétisées en une seule étape à température ambiante et fonctionnalisées pour être spécifiques vis-à-vis du miARN et solubles en solution saline. Ces approches combinées ont conduit à une amplification du signal de plus de deux ordres de grandeur et à une limite de détection de miARNs dans la gamme du picomolaire<br>Monitoring the physiological conditions of brain-deceased organ donors is crucial to prevent tissue degradation. Tracking this degradation can be done by following the inflammatory response (i.e. cytokine storm) through specific biomarkers like miRNAs. This work proposes using Surface Plasmon Resonance Imaging (SPRI) to quantitatively detect those miRNAs. To achieve detection at concentrations below the usual SPRI limits, this research focuses on developing a more sensitive and specific SPRI biosensor for miRNA detection. Firstly, a new surface functionalization better oriented was developed for the SPRI gold biochip to improve bioreceptor accessibility. LNA-modified probes were then employed to enhance the affinity with the target miRNA. Secondly, a signal amplification strategy was designed using gold nanoparticles (AuNPs) in a sandwich-like assay, and a kinetic model predicting the amplification factor was developed. The AuNPs were synthesized in a one-step process at ambiant temperature and functionalized for miRNA specificity and solubility in saline solution.These combined approaches led to more than two orders of magnitude signal amplification and a detection limit in the picomolar range

La plasmonique repose sur les champs électromagnétiques intenses et confinés apparaissant à résonance autour de nanostructures métalliques. Parmi ces métaux, l'aluminium soutient une gamme variée de résonances plasmoniques de l'UV jusqu’à l'IR. En raison des pertes élevées dans le visible, une amélioration est nécessaire pour concurrencer les métaux nobles. Une stratégie pour augmenter la qualité des résonances est d’utiliser un couplage diffractif au sein d’un réseau périodique. Nous montrons expérimentalement et numériquement une amélioration d’un facteur 7 du facteur de qualité par rapport à la particule isolée. Ensuite, nous couplons des nanoparticules d’Al avec un semiconducteur à grand gap pour exalter son émission. Un réseau de particules d’Al a été déposé sur une couche épitaxiale d'oxyde de zinc. Les résultats montrent une amélioration de 1,5 fois par rapport au ZnO natif. Pour améliorer cet effet et couvrir plus efficacement la surface, nous avons ensuite utilisé une géométrie fractale, inspirée de la technologie radio. Les structures ont été conçues via des simulations FDTD, puis elles ont été fabriquées à l’aide d’un procédé de lithographie électronique adapté. Finalement, nous proposons le concept d’une fractale chirale. Grâce à la géométrie complexe des fractales, il est possible de pousser l’activité optique des structures plasmoniques vers la partie UV du spectre. Des échantillons ont été conçus et fabriqués, prouvant l’existence de dichroïsme circulaire dans les fractales<br>Plasmonics is based on the intense and confined electromagnetic fields appearing near metallic nanostructures illuminated at frequencies near their surface plasmon resonances. Among the different metals, aluminum sustains a broad range of plasmonic resonances from deep UV to near IR. Due to high losses in the visible, aluminum plasmonic structures require an improvement to compete with noble metals. First, we present a strategy to increase the resonance quality based on diffractive coupling in periodic arrays. This approach, studied with simulations and experimental methods, provides a change of quality factor of resonance up to 7 times in comparison with an isolated particle. Then, we couple aluminum nanostructures with a wide band gap semiconductor to enhance its emission. Periodic arrays of Al nanoparticles were fabricated onto a ZnO epitaxial layer. Results show an enhancement of emission of 1.5 times in comparison with pristine ZnO. To increase the effect and get a more efficient surface coverage, we then used a fractal geometry inspired from radiowave technology. FDTD simulations were performed to design an effective geometry and the structures were fabricated with an adapted electron beam lithography process. Finally, we propose a concept of chiral fractals. Using the complex geometry of fractals, it is possible to push optical chirality of plasmonic structures toward the UV part of the spectrum. Samples were fabricated and the existence of circular dichroism in fractal structures was proven

Les nouveaux matériaux intelligents peuvent altérer significativement leurs propriétés mécaniques, thermiques et/ou électromagnétiques en réponse à un stimuli externe. Ils trouvent leur utilité dans différents champs disciplinaires tels que la libération de médicaments, les matériaux auto-réparants pour les applications de revêtements ou encore les technologies d’affichage (comme les nouvelles télévisions). Parmi ces nouveaux matériaux, les molécules photochromiques sont utilisées pour moduler la lumière émise par des boîtes quantiques. De plus, il est bien connu que les nanomatériaux plasmoniques possèdent la capacité d’exalter l’émission lumineuse des boîtes quantiques. Après une étude des propriétés des molécules photochromiques et une étude de chaque couple d’entités (boîtes quantiques – molécules photochromiques, nanoparticules métalliques – molécules photochromiques et boîtes quantiques – nanoparticules métalliques), les trois entités sont combinées et l’étude démontre un contrôle optique du couplage résonant entre les nanoparticules métalliques et semi-conductrices. Il est montré expérimentalement que la photoluminescence du système couplé peut passer d’une inhibition à une exaltation en utilisant un commutateur optique photochromique. Des calculs théoriques viennent confirmer les résultats expérimentaux<br>Smart materials can significantly alter their mechanical, thermal or electromagnetic, in response to external stimuli. They have enabled progress in many areas, including drug delivery, self-healing materials for coating applications, or display technologies. Among them, photochromic molecules have been used to modulate the light emitted by quantum dots. Moreover, it is well-known that plasmonic nanomaterials are able to enhance the emission of quantum dots. After a study of the photochromic molecules properties and of each couple of entities (quantum dots – photochromic molecules, metallic nanoparticles – photochromic molecules and metallic nanoparticles – quantum dots), we combine the three entities and demonstrate an optical control of the resonant coupling between metallic and semi-conductor nanoparticles. We experimentally show that the photoluminescence effects of the coupled system can be tuned from enhancement to quenching using a photochromic optical switch and theoretical calculations confirm our experimental findings

L'essor de l'électronique plastique a conduit à une révolution dans la vie quotidienne ces vingt dernières années. Le premier chapitre traite des systèmes hybrides polymères conducteurs/dispositifs plasmoniques. La commutation de l'état électronique du polymère modifie réversiblement les réponses optiques des systèmes plasmoniques. De plus, en jouant sur la nature du polymère, la réponse optique de ces systèmes peut être finement ajustée. Dans le deuxième chapitre, nous aborderons l'étude des films ultraminces électroactifs générés par electroréduction d'un sel de diazonium. Premièrement, le greffage de tels films sans unité centrale benzénique sera développé. Deuxièmement, nous étudierons l'influence du dérivé thiophène attaché à l'unité centrale benzénique, d'une part sur le processus de formation des diazoniums et d'autre part sur les propriétés des films greffés. Le troisième chapitre concerne la fonctionnalisation de surface dite «bottom-up» en surgrefFant des composés monomériques sur les oligomères préalablement déposés. Ceci induit une modification des propriétés du film selon le monomère utilisé et augmente les possibilités de design de films minces électroactifs. Enfin, le quatrième chapitre traitera des cellules photovoltaïques de type Grätzel. Le but étant de fabriquer des cellules photovoltaïques plasmoniques afin d'améliorer les performances du système initial. Les processus de fabrication et la nature de la navette rédox sont d'abord optimisés. Ensuite, plusieurs stratégies pour la déposition de l'or ainsi que les premiers tests d'incorporation seront présentés<br>Over the last twenty years, a continuous increase in plastic electronics has lead to a revolution in lifestyle. In the first chapter, we will discuss hybrid conducting polymer/plasmonic nanoparticle Systems and demonstrate that optical answers of plasmonic structures can not only be reversibly switched according to conducting polymer electronic state. Furthermore, the polymer type induces distinct optical answers, offering tremendous possibilities for further tailoring of optical properties. The second chapter is dedicated to ultrathin electroactive film generation from diazonium salt electroreduction. The first part presents successful diazonium salt derived film deposition without core benzene unit. The second part is devoted to the influence of the thiophene derivative, attached to the core benzene, on diazonium salt generation and electronic properties of gratted films. The third chapter demonstrates that a bottom-up approach can be used to further elongate oligomer chains by overgrafting monomeric compounds. By that, film properties are modified according to the monomer used, enlarging possibilities of distinct electroactive thin film design. In the fourth chapter, we investigate dye sensitized solar cells (DSSC) or Grätzel type cells with regard to the establishment of low cost plasmonic DSSC. By that, we hope to increase efficiencies of the basic System. In a first time, cell setup will be optimized to allow comparison with literature and then, the redox mediator will be replaced in order to optimize the System for subsequent gold incorporation. Finally, several strategies for gold deposition and first tests in cell setup will be demonstrated

La prolactine (PRL) et son récepteur (PRLR) sont impliqués dans diverses fonctions physiologiques et certaines pathologies tumorales. Dans ce contexte, notre Laboratoire développe des antagonistes du PRLR dont la dernière molécule (1-9-G129R-hPRL) s'avère prometteuse. De plus, notre équipe a récemment identifié le premier variant génétique du PRLR (le PRLRI146L), qui présente une activité constitutive. Les informations relatives au mécanisme d’activation du PRLR ne permettent pas de comprendre le fonctionnement moléculaire spécifique de ces deux nouveaux acteurs. Notre intérêt s’est donc focalisé sur la compréhension de leurs mécanismes d'action. Des approches biophysiques, structurales et fonctionnelles ont été développées pour étudier la dynamique d’activation du PRLR. Nos résultats de SPR confirment que le mode d’action des antagonistes est basé sur l'incapacité d'un des sites de liaison à interagir avec le PRLR, empêchant la formation d'un complexe fonctionnel. Ensuite, les approches cellulaires montrent que le PRLR non activé est pré-dimérisé à la membrane, confirmant la dichotomie entre activation et dimérisation. Nous avons aussi montré que son activation et son inactivation sont indépendantes d’une modification de distance entre les domaines extracellulaires du PRLR. Les analyses structurales suggèrent que la liaison du ligand implique des adaptations de contact entre les partenaires aboutissant à des modifications structurales fines intra- et inter-moléculaires. Nous proposons ainsi un modèle d'activation du PRLR qui, bien que spéculatif quant aux changements conformationnels cytoplasmiques, ouvre de nouvelles perspectives pour de futures investigations.

Cette thèse est consacrée à l’étude théorique et expérimentale de guides d’onde plasmoniques fonctionnant à la longueur d’onde de 1,55µm. Ces guides d’onde plasmoniques sont envisagés comme interconnexions optiques avec un confinement latéral sub-longueur d’onde. Différents codes de simulations ont été développés à la fois comme outils de prédiction pour la conception des composants mais également pour comparer systématiquement les résultats du calcul avec les mesures expérimentales. Un premier modèle 2D basé sur une approche multicouche a été utilisé pour identifier les modes plasmoniques sur des structures planaires. Un solveur de mode a ensuite permis de déterminer les modes propres dans des guides d’onde plasmoniques de formes diverses. Finalement, ces deux codes ont été utilisés pour implémenter une source optique dans un code FDTD (Finite-Difference Time-Domain) utilisé pour simuler numériquement, par éléments finis, des structures plasmoniques en 2D ou 3D. Deux catégories de guides d’onde plasmoniques ont été fabriquées par lithographie par faisceaux d’électrons. Un montage de microscopie en champ proche SNOM fonctionnant par étro-injection laser a été pour caractériser expérimentalement les propriétés optiques de ces structures. La première catégorie est constituée de bandes métalliques en or caractérisées par une longueur de propagation élevée mais un confinement latéral limité. La seconde catégorie est constituée par des rubans en polymère déposés sur une couche d'or. Ces guides, dits DLSPP, présentent un confinement optique sub-longueur d’onde qui permet de combler l’écart d’échelle entre des composants optiques et des circuits intégrés électroniques<br>This thesis is focused on the theoretical and experimental study of plasmonic waveguides operating at a wavelength of 1. 55µm. Such plasmonic waveguides are investigated for optical interconnections with sub-wavelength lateral confinement. Several computational codes have been developed as predictive tools for the design of structures but also for systematic comparisons with experimental measurements. First, a 2D model based on multilayer approach was used to identify and characterize plasmonic modes on planar waveguides. A mode solver was also developed to determine the eigenmodes in plasmonic waveguides with various transverse shapes. Finally, these two codes have been re-used to implemente the optical source in a numerical model based on Finite-Difference Time-Domain (FDTD) approach. This final model was used to simulate numerically plasmonic structures both in 2D or 3D. Two categories of plasmonic waveguides have been processed by electron beam lithography. A scanning near-field optical microscope (SNOM) based on laser feedback interferometry has been used to observe experimentally the optical properties in these structures. The first waveguiding structures were based on metallic stripes, with propagation length up to few hundred of µm but at low lateral confinement. The second series of waveguiding structures was based on DLSPP consisting of a sub-wavelength polymer ridge deposited on a gold layer. Such DLSPP optical waveguides allow sub-wavelength lateral light confinement and are investigated as efficient interconnection between highly integrated electronic devices and optical links

Des études préliminaires ont été menées sur un modulateur plasmonique pour des applications télécoms et sur un réseau de nanopointes recouvertes d'or pour des applications biomédicales. Nous proposons d'utiliser des modulateurs plasmoniques tout optique basés sur des nanoparticules métalliques déposées sur des films métalliques minces afin d'assurer la conversion des signaux électriques en signaux optiques par variation de l'intensité de la lumière transmise. L'originalité de ce projet provient de l'utilisation simultanée de plasmons de surface localisés et propagatifs pour produire la fonction optique. Cette géométrie offre de nombreux avantages par rapport aux systèmes actuellement proposés : réalisation simple, capacité d'intégration haute densité et efficacité de modulation. Une partie de ce travail de thèse a consisté à étudier ce type de modulateur en microscopie à fuites radiatives. L'étude de la réponse optique de nanoparticules d'or déposées sur des films métalliques minces a permis d'obtenir des amplifications de la transmission de lumière à travers ces films. Nous avons également développé une nouvelle technique de fluorescence couplant la spectroscopie de corrélation de fluorescence (FCS) avec des substrats plasmoniques nanostructurés afin de pouvoir caractériser des biomolécules in vivo en réduisant le volume d'observation. Les substrats plasmoniques utilisés sont des réseaux de pointes nanométriques recouvertes d'or. Des mesures de FCS sur des fluorophores diffusant à proximité de ces substrats ont été effectuées. Les résultats obtenus n'ont malheureusement pas été concluants : en réflexion (laser d'excitation réfléchi sur les substrats plasmoniques), le signal émis par les fluorophores n'a pas pu être discriminé de celui émis par les substrats. Récemment, des résultats prometteurs ont cependant été obtenus dans une autre configuration (lumière injectée et collectée par les fibres optiques des substrats)<br>Preliminary studies were carried on a plasmonic modulator for telecomunication applications and on a gold nanotips array for biomedical applications

Dans ce manuscrit, nous étudions différents nitrures de métaux de transition (TiN, ZrN et HfN) dont les propriétés et les caractéristiques optiques sont liées à leur composition, environnement diélectrique, taille et formes. Nous décrivons la technique de pulvérisation utilisée pour déposer des films de nitrure sur des substrats de silicium et de silice fondue. Les mesures de diffraction de rayons X montrent les structures cristallines des films et donnent une mesure de la taille de leurs grains lorsque le flux d'azote varie. La réflectométrie des rayons X donne des mesures de densité, d'épaisseur et de rugosité des films. La microscopie à force atomique, permet une caractérisation de la rugosité de surface. L’ellipsométrie fournit des indices de réfraction et des coefficients d'extinction qui seront ensuite utilisés pour extraire les nombres de Faraday et de Joules. Les mesures spectrophotométriques permettent de dériver les énergies optiques de band gap. À partir de couches minces de nitrure ont été fabriqués des réseaux de nanoparticules de forme, taille et période contrôlées grâce à la technique EBL. Leurs spectres d'extinction montrent clairement que les pics de résonance dépendent strictement des tailles, formes, stœchiométrie et période du réseau de nanoparticules. Les spectres d'extinction mesurés sont comparés à ceux simulés et ils montrent qu'il y a un bon accord entre mesures expérimentales et simulations. Nous avons ainsi pu démontrer de l’intérêt d’utiliser ces matériaux comme alternatives aux métaux nobles utilisés classiquement en plasmonique<br>In this manuscript, we study different transition metal nitrides (TiN, ZrN and HfN) whose properties and optical characteristics are related to their composition, dielectric environment, size and shape. We describe the sputtering technique used to deposit nitride films on silicon (111) and fused silica substrates. The x-ray diffraction measurements show the crystal structures of the films and give a measure of their grain size as the nitrogen flux varies. The x-ray reflectometry gives a measurement of density, thickness and roughness of the films. The atomic force microscopy, allows a characterization of the surface roughness. The ellipsometry provides refractive indices and extinction coefficients that will be used to extract the Faraday and Joules numbers. The spectrophotometric measurements provide transmission spectra used to derive the optical band gap energies. From nitride thin films, we fabricated arrays of nanoparticles with controlled shape, size and period using the EBL technique.Their extinction spectra clearly show that the resonance peaks strictly depend on the size, shape, stoichiometry and period of the nanoparticles array.The measured extinction spectra are compared to those simulated using FDTD method and they show that there is a good agreement between experimental measurements and simulations. We thus demonstrated the interest of using these materials as alternatives to the noble metals conventionally used in plasmonics

Ce manuscrit s’intéresse à l’interaction lumière/matière mise en jeu dans l’interaction avec des nanostructures métalliques. La première partie est consacrée à l’étude théorique et numérique de l’interaction d’une molécule fluorescente avec une pointe métallique, du type de celles utilisées comme sondes en microscopie optique de champ proche. La thèse montre qu’une approche classique suffit pour étudier les modifications du taux d’émission d’une molécule en présence d’un environnement quelconque. Elle établit que mathématiquement, ceci se traite par le calcul du tenseur de Green (ou susceptibilité du champ électrique) qui contient toute l’information sur l’interaction entre la molécule et son environnement. Pour appréhender de manière simple les phénomènes physiques mis en jeu dans cette interaction, nous avons modélisé la molécule par un dipôle électrique matérialisant le moment dipolaire de la transition fluorescente et considéré dans un premier temps que l’environnement se limitait à une sphère dipolaire. Nous nous sommes attachés à dissocier les phénomènes d’émission des phénomènes d’absorption et avons montré qu’ils peuvent présenter un maxima à des fréquences différentes suivant les cas d’orientation du moment dipolaire de la molécule. Une étude du rendement quantique en fonction de la distance pointe-molécule d’une part et de l’orientation du moment dipolaire d’autre part a permis de mettre en évidence que le système pointe-molécule se comporte comme une nano-antenne. Une étude spectrale indique que le spectre du signal de fluorescence est essentiellement piloté par le spectre du facteur d’amplification. Les diagrammes de rayonnement calculés mettent en évidence l’influence des directions d’éclairement mais aussi de détection sur l’amplification du signal de la pointe. Par ailleurs, il est montré qu’un défaut de surface modifie fortement le comportement spectral de la pointe et influence l’émission de la molécule, ce qui explique et confirme les difficultés rencontrées en optique de champ proche pour rendre une expérience reproductible en utilisant des pointes qui ne sont pas toujours très bien caractérisées. La deuxième partie présente une étude des modes électromagnétiques de chaînes de nanoparticules métalliques en vue du contrôle de la propagation de la lumière à l’échelle sub-longueur d’onde. Une approche analytique puis une étude numérique ont permis de mettre en évidence l’influence des conditions d’éclairement et celle de la nature du substrat sur lequel repose la chaîne de particules métalliques dans la structure des modes. En particulier, l’étude des relations de dispersion du système mettent en évidence des comportements absorbants qui limitent les effets de propagation de la lumière<br>The doctoral thesis tackles some of the interesting issues regarding the optics of metallic nanostructures. The first part of the thesis is devoted to the influence of a metallic nanostructure, such as a tip, on the emission properties of a single dipolar emitter. The modification of the radiative and nonradiative lifetimes of a fluorescent molecule in the presence of a metallic nanostructure has been investigated. The current work provides a fast algorithm for calculating the fluorescence lifetime and the emission pattern of a molecule in the vicinity of a nanostructure with arbitrary shape, position and orientation. Indeed, it is shown that the emission pattern is strongly dependent on the orientation of the structure with respect to the molecule and on the shape of the object. Furthermore, it has been shown and emphasized that the choice of wavelength is crucial in this problem. By tuning the absorption and emission wavelengths of the emitter with respect to that of the plasmon resonance of the metallic nanostructure, one can adjust the quantum efficiency of the emitter in the near field of the particle. These findings are particularly important for the optimization and interpretation of current experiments on surface enhanced Raman scattering. The second part of the dissertation turns to the coupling among many metallic nanostructures. This topic has attracted much attention in recent years due to its appeal for applications such as integrated optics. One of the driving forces in this field is to replace conventional waveguides which have widths of several wavelengths by a periodic chain in metallic nanoparticles for guiding light. Although due to a strong absorption of visible light these systems are not suitable for long range transport, the fact that light is confined to lateral dimensions of the order of and below the diffraction limit makes them very interesting. The thesis starts by examining a chain of particles analytically based on a coupled dipole model. Next it moves on to numerical studies where various illumination effects and the role of the substrate under the nanoparticles are investigated. In particular, it investigates the dispersion relations of the system which help identify the optimal spectral window for an efficient propagation of light

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à démontrer une partie des potentialités que l'électrochimie sur surfaces nanostructurées peut apporter tant dans le domaine de la plasmonique que dans celui de la réalisation de contact atomique. Le premier chapitre de ce manuscrit décrit la réalisation de dispositifs plasmoniques actifs. Il met en évidence l'intérêt des propriétés redox de polymères conducteurs pour moduler et/ou commuter les résonances plasmons de surface localisés de nanoparticules d'or, dans des configurations de type réseau ou colloïdal. Dans une deuxième partie, le développement d'un système de gravure assistée par Microscope à Force Atomique (AFM) a été entrepris. Cette technique permet la fabrication de structures variées, à l'échelle sub-micrométrique et nanométrique, pour des applications dans le domaine de la plasmonique, comme de l'électrochimie à l'échelle nanométrique. La dernière partie montre tout l'intérêt que peut avoir l'électrochimie pour fabriquer des contacts atomiques. Le phénomène de quantum de conductance a été étudié sur ces contacts obtenus à partir de nanofils de cuivre. Cette étude a mis en évidence le rôle de l'adsorption moléculaire. Enfin, l'utilisation de cyclodextrines, dans le milieu électrolytique de croissance des contacts atomiques, semble aboutir à leur encapsulation et protection, vis-à-vis de molécules interagissant fortement avec le cuivre<br>In this work we were interested in demonstrating some of the potentialities of electrochemistry on nanostructured surfaces in the field of plasmonics and in the realization of atomic contacts. The first chapter of this manuscript describes the creation of active plasmonic devices. It underlines how the redox properties of conducting polymers can modulate and/or commutate localized surface plasmon resonances of gold nanoparticles (network or colloidal solution). In the second part, an engraving System assisted by Atomic Force Microscopy (AFM) was developed. This technique allows the production of varied structures, on sub-micrometric and nanometric scales, for applications in the field of plasmonics and for nanoscale electrochemistry. The last part shows how electrochemistry can be used to obtain atomic contacts. The phenomenon of quantum conductance was studied on contacts obtained with copper nanowires and its variations with molecular adsorption were demonstrated. To protect the contact and to make it more stable, the use of cyclodextrins in the electrolytic growth medium appears to lead to its encapsulation and protects it against molecules interacting strongly with copper

La découverte de la photoluminescence du silicium sous sa forme nanométrique a ouvert la voie de l’utilisation du silicium dans les composants optoélectroniques. Cependant cette photoluminescence reste trop peu efficace et de nombreuses recherches portent aujourd’hui sur l’amélioration des propriétés optiques du silicium. Ce travail de thèse s’intéresse particulièrement à l’utilisation de plasmons de surface localisés afin d’améliorer les propriétés optiques de nanocristaux de silicium. Grâce au contrôle de tous les paramètres géométriques des nanocristaux de silicium et des nanoparticules métalliques lors de la fabrication des échantillons, il a été possible d’étudier les phénomènes physiques du couplage entre ces deux objets. Une modification de l’émission des nanocristaux de silicium en fonction de la distance, de la taille et de la nature des nanoparticules métalliques a été étudiée. Grâce au développement de différentes techniques de caractérisation optique, il a été possible de montrer que la photoluminescence des nanocristaux de silicium était modifiée à la fois spectralement et spatialement par les plasmons de surface localisés. Ce travail montre que grâce aux plasmons de surface localisés il est possible de grandement améliorer la photoluminescence des nanocristaux de silicium et ainsi il est possible d’imaginer de nouveaux composants optoélectroniques à base de silicium et de plasmons<br>The discovery of photoluminescence of nanometric silicon paves the way to use silicon in optoelectronic devices. However this photoluminescence remains low and a lot of works aim at improving silicon optical properties. In this dissertation we study localized surface plasmons to improve optical properties of silicon nanocrystals. Thanks to the control of all geometrical parameters of silicon nanocrystals and metallic nanoparticles during the fabrication process, the coupling process between these two objects has been studied. The modification of silicon nanocrystals emission as a function of the distance, the size and the nature of metallic nanoparticles has been investigated. Thanks to the development of experimental optical characterization techniques we showed that silicon nanocrystals photoluminescence is modified both spectrally and spatially by localized surface plasmons. This work shows that it’s possible to enhance silicon’s optical properties and thus to devise optoelectronic devices with silicon and plasmons

Ce travail de thèse porte sur l’étude de l’interaction optique entre nanoparticules mé-talliques (NPM) et des systèmes moléculaires à indice de réfraction variable. L’une des proprié-tés remarquables de ce type de particules est liée à l’excitation d’ondes de surface, appelées plasmon de surface (PS) dont la position spec-trale dépend de plusieurs paramètres (l’indice de réfraction du milieu environnant…). Ces PS sont associés à de forts confinements du champ proche optique exalté. Une NPM irradiée sous certaines conditions se comporte comme une nanosource de lumière très confinée qui, en présence d’un photopoly-mère à seuil bien déterminé, induit une photo-polymérisation locale grâce à l’effet inhibiteur de l’oxygène. Ainsi, une nanophotopolymérisa-tion anisotropique en champ proche a lieu, générant une particule hybride mé-tal/polymère. Ceci induit également une distri-bution anisotropique de l’indice de réfraction autour de la NPM. La résonance plasmon de surface (RPS) dépend alors de la polarisation du champ incident et une levée de dégénérescence spectrale est observée. Enfin, on étudie le contrôle de la position de la RPS par une orientation électrique de cristaux liquides à biréfringence positive, en particulier, l’effet d’une élévation de l’indice de réfraction à proximité d’une paire de NPM, par analyse spectrale. On montre l’influence de l’indice de réfraction local qui se matérialise par un déca-lage de la position de la RPS qui traduit l’affaiblissement du couplage type champ pro-che entre NPM avec la diminution du gap<br>This thesis is related to the study of optical interaction between metal nanoparticles MNP and molecular systems of variable refraction index. One of these properties is related to the excitation of surface waves, called surface plasmons (SP), whose spectral position depends on several parameters of which the refraction index of the surrounding medium. These SP are associated to a strong confinement effect and optical near field enhancement. A MNP illuminated under certain conditions, behave like a confined nanosource of light. Associated to a photosensitive polymer with well determined threshold energy of polymeri-zation, it induces a reduced photopolymeriza-tion thanks to the inhibiting effect of oxygen. Thus, an anisotropic nanpolymerization takes place, and one creates a hybrid metal/polymer particle. This polymerization also induces an anisotropic distribution of the refraction index around the MN. The surface plasmon reso-nance (SPR) gets dependent on the incident field polarization. The result of such an anisot-ropic distribution is a spectral degeneracy breaking of the SP mode. Finally, we can control the SPR position by an electrical orientation of liquid crystal with posi-tive birefringence. We study the effect of a rise of the local refraction index near a pair of MNP by spectra analysis. One shows the influence of the local refraction index which is materialized by a shift of SPR position. It represents a de-crease of the near field coupling yield between MNP with the reduction of the gap interparti-cles

Le contrôle de la luminescence des luminophores suscite, depuis plusieurs décennies, l’intérêt d’une grande partie de la communauté scientifique. Cette thématique concerne, des domaines aussi variés que les cavités optiques, les cristaux photoniques, les surfaces ou les nanoparticules métalliques. La luminescence des luminophores peut se trouver totalement modifiée (inhibée ou exaltée) au voisinage de nanoparticules métalliques. L’interaction entre luminophores et nanoparticules métalliques dépends de plusieurs paramètres et met en jeu de nombreux processus. L’objectif de ce travail est de contrôler la luminescence des boites quantiques en jouant sur la position de la résonance plasmons des nanoparticules métalliques d’or. Dans le cadre de ce travail, nous avons étudié la luminescence des nanocristaux semi conducteurs lorsque ceux-ci sont en interaction avec des nanoparticules métalliques. En effet, nous avons observé deux types d’échantillons : l’un constitué de nanoparticules métalliques d’or de forme et de distribution aléatoires et l’autre constitué de nanoparticules métalliques d’or de taille, de forme et de distribution contrôlées. S’il est possible de contrôler la luminescence des boites quantiques par la résonance plasmons des nanoparticules métalliques, nous avons constaté que les deux études menées montrent un comportement des boites quantiques bien différent lorsque celles-ci sont couplées aux nanoparticules métalliques. La résonance plasmons ne joue pas un rôle prépondérant sur le contrôle de la luminescence pour le premier type d’échantillon<br>For several decades, the interest of much of the scientific community raises on the control of the luminescence of phosphors. This theme relates fields as diverse as optical cavities, photonic crystals, surfaces or metal nanoparticles. The luminescence of the luminophors can be completely modified (inhibited or enhanced) in the vicinity of metallic nanoparticles. The interaction between luminophors and metal nanoparticles depend on several factors and involves many processes. The objective of this work is to control the luminescence of quantum dots by adjusting the position of the plasmon resonance of gold metallic nanoparticles. As part of this work, we studied the luminescence of semiconductor nanocrystals when they are interacting with metal nanoparticles. Indeed, we observed two types of samples: one consisting of metallic nanoparticles of gold with random shape and distribution and the other consisting of metallic gold nanoparticles with controlled size, shape and distribution. If it is possible to control the luminescence of quantum dots by plasmon resonance of metallic nanoparticles, we found that both studies show a very different behavior of quantum dots when they are coupled to metallic nanoparticles. Plasmon resonance does not play a dominant role on the control of luminescence for the first type of sample

La voie lectine du complément, élément majeur de la défense innée, est déclenchée par la fixation sur des pathogènes de complexes associant une protéine de reconnaissance oligomérique, MBL ou ficolines, et la protéase MASP-2. MASP-1 et -3, ainsi qu'un fragment tronqué de MASP-2 (MAp19) sont également associés aux protéines de reconnaissance mais leurs fonctions sont inconnues. Le travail porté principalement sur la caractérisation de l'assemblage MBUMASP-3. Il a été montré que les 2 formes oligomériques majeures de lai MBL circulent dans le sérum sous forme trimérique et tétramérique et qu'elles fixent les MASPs de manière comparable avec une stoechiométrie MBL:MASP de 1 :2. Par ailleurs, la structure de la région d'interaction CUB1-EGF-CUB2 de MASP-3 a été résolue à 2,35 A et montre un homodimère disposé de manière tête-bêche dans lequel tous les modules sont localisés dans le même plan. Chaque module EGF possède un site de liaison du Ca2+ stabilisant l'interface du dimère et un 2nd ion Ca2+ est fixé à la partie distale de chaque module CUB1. De plus, un 3ème ion Ca2+, fixé dans chaque module CUB2, stabilise la protéine. La caractérisation de mutants ponctuels a mis en évidence des résidus impliqués dans l'interaction MBUMASP-3: K55 de la MBL et y56, F103, H218 et y225 de MASP-3, ces derniers étant également impliqués dans l'interaction avec les ficolines. Ces résidus définissent 2 sites d'interaction dans les modules CUB1 et CUB2 de chaque monomère stabilisés par un ion Ca2+. Ces sites sont homologues et localisés dans le même plan, ce qui suggère qu'un dimère de MASP-3 interagit avec des sites homologues sur 4 triples hélices de collagène de la MBL ou des ficolines<br>Oligomeric recognition protein, MBL or ficolins, and the MASP-2 protease. MASP-1 and -3 and a truncated form of MASP-2 (Map19) are also associated to the recognition protein but their function is unknown. The aim of this work was to characterize the MBUMASP-3 complex assembly. We provide evidence that the two major forms of MBL in human serum are trimers and tetramers and bind the MASP and MAp19 in similar ways with a 1:2 stoichiometry. Ln addition, the x-ray structure of the CUB1-EGF-CUB2 interaction domain of MASP was solved and refined to a resolution of 2. 35 À. The structure reveals a head-to-tail homodimer in which ail six modules are located within the same plane. A Ca2+ ion bound to each EGF module stabilizes the dimer interface and a second Ca2+ ion is bound to the distal part of each CUB1 module. Moreover, a third Ca2+ ion is bound to each CUB2 module and stabilizes the protein. Using site-directed mutagenesis, we have identified several residues involved in the interaction between MBL and MASP-3: K55 of MBL and y56, F103, H218 an y225 of MASP-3. These residues are also involved in the interaction with the ficolins. These mutations define two binding sites in the CUB and CUB2 modules of each monomer, both stabilized by Ca2+ ions. The fact that t'Jese sites are homo logo us and located within the same plane strongly suggests that a MASP-3 dimer interacts with homologous interaction sites on 4 collagen triple helices of MBL or ficolins

L'élaboration d'assemblages de nanoparticules (NPs) couplées a suscité un grand intérêt ces dernières années, en vue d'applications en spectroscopies exaltées de surface. Dans ce cadre, la spectroscopie Raman exaltée de surface (effet SERS) s'inscrit comme étant un outil extrêmement sensible, permettant d'accéder à la détection de diverses molécules à l'état des traces (drogues, explosifs, molécules biologiques). Cela est rendu possible grâce à la présence d'agrégats de NPs couplées qui génèrent une forte amplification du champ électromagnétique au niveau de leur interstice, appelé point chaud. Cependant, une des difficultés majeures rencontrées est la non-reproductibilité de ces points chauds, générés par des agrégats généralement désorganisés. L'objectif de ce travail est d'élaborer et de caractériser par SERS des assemblages structurés de nanostructures d'or couplées. Deux voies sont explorées : (i) la fabrication de substrats où des NPs d'or couplées sont auto-assemblées de manière ordonnée. Cette stratégie a montré qu'un très petit nombre de NPs couplées est propice à la détection de traces. En revanche, le cas d'un grand nombre de NPs couplées est plutôt favorable pour des études analytiques classiques. Cette méthode est également adaptable à des NPs de forme diverses, (ii) La deuxième stratégie consiste à coupler des NPs d'or à un film d'or par l'intermédiaire d'un polymère thermosensible. Des études par électrochimie et par SERS en fonction de la température ont révélé une interaction entre le film d'or et les NPs. Cette interaction est dépendante de la distance entre ces deux entités qui est gouvernée par l'activité du polymère grâce à la température du milieu<br>Since the last decade, the development of coupled nanoparticles (NPs) assemblies has been particularly studied for applications in surface enhanced spectroscopy. In this field, the surface enhanced Raman scattering (SERS is considered as an extremely sensitive tool, allowing the detection of very few amounts of various molecules type (drugs, explosives, biological molecules). It requires very huge electromagnetic field enhancements occurring within the gap between coupled NPs, called hot-spot. However, one of the major difficulties is the non-reproducibility of these hot spots, occurring by generally random NPs aggregates. In this work, we propose to design and to characterize by SERS structured assemblies of coupled gold nanostructures. Two ways are explored: (i) the development of substrates in which coupled gold NPs are self-assembled in an patterned way. This strategy shows that a small amount of coupled NPs is favourable to the detection of few molecules. On the other hand, the case of a great amount of coupled NPs is rather favorable to common analytical studies. Moreover, this method is adaptable to various form of NPs. (ii) The second strategy consist in a plasmonic device made of gold NPs separated from a gold film through a thermoresponsive polymer layer. Studies using electrochemistry and SERS as the function of the temperature show an interaction between the gold film and the NPs. This interaction is dependent on the distance between these two entities which is controlled by conformational changes of the polymer layer in response to temperature variations. A new setup which can make an image of the near field enhanced areas. The main idea is about the adsorbate molecule which is sensible to the near field, although its enhanced Raman scattering detection is done in far field. We can say that the molecule frustrate the near field in order to give an image of this local field

La désadénylation des ARNm fait intervenir les complexes de désadénylation PAN2-PAN3 et CCR4-NOT-TOB mais aussi le complexe de terminaison de la traduction eRF1-eRF3. Ces trois complexes ont la capacité d'interagir avec la protéine PABP. Cependant, le rôle d'eRF3 n'est pas clairement établi. Il a été décrit que les facteurs eRF3, PAN3 et TOB sont en compétition pour l'interaction avec PABP et qu'il y a un couplage entre la terminaison de la traduction et la désadénylation assuré par eRF3. Chez l'homme, le gène eRF3/GSPT1 présente 5 formes alléliques qui diffèrent par le nombre de répétitions de codons GGC à l'extrémité 5' du cadre de lecture (7, 9, 10, 11 et 12-GGC). Une corrélation entre l'allèle 12-GGC et le risque de développement de cancer du sein et de l'estomac a été mis en évidence. Notre objectif est (i) d'améliorer notre compréhension du rôle d'eRF3 dans le processus de couplage traduction-dégradation des ARNm, (ii) de comprendre l'effet du polymorphisme de la région N-terminale d'eRF3 sur son interaction avec PABP. A travers la méthode de résonnance plasmonique de surface (SPR), nous montrons que l'affinité de la forme allélique 12-GGC est 10 fois plus faible que celle d'eRF3a (10-GGC). Cette différence est essentiellement due à la plus faible association de la forme 12-GGC avec PABP. La plus faible affinité de la forme 12-GGC d'eRF3 entrainerait une dérégulation de la désadénylation au moins pour certains ARNm et pourrait ainsi promouvoir la prolifération cellulaire et la carcinogenèse. La région N-terminale d'eRF3 contenant la répétition de glycine joue un rôle crucial dans l'interaction eRF3-PABP, dans la désadénylation et donc dans la stabilité de l'ARNm<br>The mRNA deadenylation involves the deadenylation complexes PAN2-PAN3 and CCR4-NOT-TOB and the translation termination complex eRF1-eRF3. All three proteins, eRF3, PAN3 and TOB, interact with the PABP protein. However, the role of eRF3 is still unclear. It has been reported that eRF3, TOB and PAN3 compete for the binding to PABP. Recently, it has been suggested that eRF3 may regulate mRNA deadenylation in a translation termination-coupled manner. In human, the gene eRF3/GSPT1, contains a trinucleotide GGC repeat in its 5’ end which lead to 5 allelic forms of the gene. There are five known alleles of this gene (7, 9, 10, 11 and 12-GGC). A strong correlation between the longest allele (12-GGC) and gastric and breast cancer development has been reported. Our project was (i) to improve our understanding on the role of eRF3 in the coupling of mRNA deadenylation with translation termination, (ii) to understand whether the GGC repeat polymorphism of eRF3 influences eRF3-PABP interaction. The kinetic measurements of eRF3-PABP interaction obtained by Surface Plasmon Resonance (SPR) show that the affinity of the allelic 12-GGC form is 10 fold lower than that of eRF3a (10-GGC). This decrease is mostly due to difference in the association rate of the complex. The weaker affinity of the 12-GGC allelic form may result in a deregulation of deadenylation, at least for some mRNAs, and thus, could promote cell proliferation and carcinogenesis. In fine, we show that the N-terminal region of eRF3 containing the glycine expansion plays a key role in the eRF3-PABP interaction, in the deadenylation process, and hence, in mRNA stability

Il est bien connu que la résonance de plasmon de surface (SPR) d'une onde électromagnétique de surface peut être utilisée en tant que sonde optique sensible à de faibles variations intervenant à l'interface métal/diélectrique. La configuration de Kreschmann basée sur un prisme est traditionnellement employée pour exciter et détecter le phénomène SPR. En 1993, le premier capteur SPR à fibre optique a été réalisé par R. C. Jorgenson et S. S. Yee et a été ensuite commercialisé par la société Biacore (Suède). Le capteur SPR à fibre optique présente un certain nombre d'avantages sur le système Kreschmann tels que sa faible taille, son faible coût et la possibilité de détection déportée. Un capteur SPR à fibre optique multimodale plus simple, utilisant l'injection oblique d'une lumière monochromatique collimatée, a été développé au laboratoire TSI de l'université Jean-Monnet de Saint-Etienne, en 1996. Utilisant l'argent pour induire le phénomène SPR d'une lumière à la longueur d'onde 670 nm, le capteur à fibre optique est un réfractomètre fonctionnant dans la gamme d'indice optique 1,35-1,40. Ce mémoire de thèse est constitué de cinq articles visant à développer ce type de capteur à fibre optique pour les applications physique, chimique et biologique. Le premier article traite de la modification de la gamme d'indice mesurable, afin d'être capable de fonctionner dans des systèmes chimiques et biologiques, dont les indices de réfraction sont compris entre 1,33 et 1,36. Les relations entre les paramètres de structure et de matériau, de la configuration multicouche pour l'excitation du SPR, ont été déduites de la théorie. La technique sol-gel est utilisée pour fabriquer un revêtement d'acétate de zirconium de quelques dizaines de nanomètres. La fiabilité est augmentée par une protection constituée d'une monocouche auto-assemblée de thiol longue chaîne qui empêche l'oxydation de l'argent. Ce premier article a été soumis à la revue Thin Solid Films. Les variations spatiales du vecteur champ électrique au cours de la propagation des rayons non méridiens dans la fibre multimodale sont étudiées dans le second article accepté pour publication dans la revue Sensors and Actuators A. Un modèle 3D précis a été établi permettant d'expliquer le phénomène expérimental observé sur l'influence de la direction de polarisation de la lumière incidente par rapport à la face d'entrée de la fibre. Les signaux du capteur provenant de l'adsorption d'une très fine couche diélectrique sur la surface du métal ou d'une très faible variation de l'indice de réfraction dans le milieu de mesure peuvent alors être interprétés quantitativement. L'article suivant, accepté pour publication à la revue Applied Optics, propose une méthode directe pour déterminer l'épaisseur et les constantes optiques d'un film mince de métal déposé sur le cœur de la fibre, par simple mesure de la réponse du capteur à fibre optique. L'intérêt de ce travail vient des difficultés rencontrées dans la caractérisation des films métalliques avec des surfaces courbes en utilisant des techniques optiques conventionnelles telles que la réflectométrie et l'ellipsométrie. Un nouveau moyen optique capable de suivre in-situ la formation d'une monocouche auto-assemblée d'alkylthiol est présenté dans le quatrième article, soumis au Journal of Chemical Physics. L'application de la technique SPR à fibre optique pour étudier les monocouches auto-assemblées, l'observation directe et la description du phénomène d'inclinaison des chaînes lors de l'auto-assemblage de la monocouche d'alkylthiol, à notre connaissance, n'a jamais été rapporté auparavant dans la littérature. La bonne sensibilité observée montre que notre approche du système à fibre optique est plus adaptée que l'ellipsométrie et que le système SPR à prisme pour suivre les variations sur la totalité d'un film diélectrique. Le dernier article, soumis au Japanese Journal of Applied Physics, est consacré au développement d'un biocapteur basé sur le système à fibre optique pour suivre des interactions entre biomolécules. Avec une très simple configuration, cet immunocapteur a montré de bonnes performances en sensibilité et en spécificité, comparé à l'appareil commercialisé par Biacore qui est beaucoup plus complexe et cher. Ce travail constitue un excellent départ vers le développement d'une immunosonde pour des immunoessais sans marqueur. Ces cinq articles sont indépendants mais complémentaires l'un de l'autre. Les conditions pour lesquelles le SPR peut être excité sur une géométrie multicouche, obtenues dans le premier article, fournissent une base théorique pour le choix de la longueur d'onde de la lumière ou pour la gamme d'indice du milieu environnant lorsque l'or est utilisé et se retrouve dans les autres articles. Les études du modèle 3D précis, présenté dans le second article, pour simuler les performances des capteurs à fibre optique, permettent ensuite de caractériser le film métallique (dans le troisième article), la couche chimique adsorbée (dans le quatrième article) et les couches biomoléculaires (dans le cinquième article). De plus, la mesure des propriétés du film métallique dans le troisième article, permet de détecter avec succès, la monocouche auto-assemblée d'alkylthiol adsorbée sur la surface du métal (en référence au quatrième article). Les déterminations des caractéristiques du film d'or et de la couche de thiol sont nécessaires pour caractériser le film d'anticorps et la couche d'anticorps-antigène après la réaction d'affinité. Un biocapteur basé sur un système SPR à fibre optique a donc été réalisé et est présenté dans le cinquième article. Ce biocapteur a été conçu, élaboré et caractérisé couche par couche<br>It is well known that surface plasmon resonance (SPR) of the surface electromagnetic wave can be used as a sensitive optical probe to the slight variations occurring in the proximity of the metal/dielectric interface. The prism-based Kretschmann configuration is traditionally employed to excite and detect the SPR. In 1993, the first fiber-optic based SPR sensor was realized by R. C. Jorgenson and S. S. Yee and then commercialized by Biacore Company (Sweden). The SPR fiber-optic sensor offers a number of advantages such as small size, low cost and feasibility in remote sensing over the bulk Kretschmann System. A simpler SPR multimode fiber-optic sensor using oblique injection of the collimated monochromatic light has been developed at the TSI laboratory, Jean Monnet University in Saint-Etienne, France since 1996. Using silver to support SPR at the light wavelength of 670nm, this fiber-optic sensor was characterized as a refractometer operating in the index range of 1. 35-1. 40. This dissertation consists of five articles aimed to develop this kind of fiber-optic sensor for physical, chemical and biological applications. The first article is devoted to drop down the range of measurable indices in order to be capable of performing in most practical chemical and biochemical Systems whose refractive indices are 1. 33-1. 36. The relations between the structural and material parameters of the multilayered configuration for the excitation of SPR at certain wavelength have been theoretically derived. Sol-gel technique is applied to fabricate the Zirconium acetate overlay as thin as some ten nanometers. The reliability is improved by preventing the oxidation of silver using a self-assembled monolayer (SAM) of long chain acid thiol. This article has been submitted to Thin Solid Films. Accepted by Sensors &amp; Actuators A, the spatial variations of the electric field vector during the propagation of the skew rays in the multimode fiber are investigated in the second article. An accurate 3D model has been established so that the experimental phenomena, which first demonstrate the influences of the polarization direction of the incident light with respect to the input end face of the fiber, can be consistently explained. The sensing signals coming from such as the adsorption of a very thin dielectric layer on metal surface or the slight variation of the refractive index in the monitored bulk medium are ready to be quantitatively interpreted. Next article, accepted for publication by Applied Optics, proposes a direct method to determine the thickness and the optical constants of the thin metal films deposited on the surface of the fiber core by simple measurements of fiber-optic SPR responses. The significance of this work cornes from the difficulties in characterizing the metal films with curved surfaces by using the conventional optical techniques such as reflectometry and ellipsometry. A novel optical means capable of monitoring the formation process of the alkylthiol SAM is presented in the fourth article, submitted to Journal of Chemical Physics. The application of the fiber-optic SPR technique to study SAMs and the direct observation and description of the tilting process during the self-assembly of alkylthiol, to our knowledge, have never been reported before in the literature. The rather high sensitivity proves that our fiber-optic approach is more adapted than ellipsometry and the prism-based SPR System to monitor the variations over entire investigated dielectric film. Last article, submitted to Japanese Journal of Applied Physics, is dedicated to develop a biosensor based on this fiber-optic arrangement to monitor the biomolecular interaction. With very simple configuration, this immunosensor has manifested good performances in both sensitivity and specificity compared to the commercialized BIACORE Probe that is much more complex and expensive. This work makes a starting progress towards the development of a portable immunoprobe for non-labeling immunoassay. These five articles are independent as well as supplementary each other. The conditions on which the SPR can be excited in a multilayered geometry, obtained in the first article, provide a theoretical basis for the choice of light wavelength or the index range of environment medium while metal gold is used as it can be seen in other articles. The studies of the accurate 3D model in the second article for simulating the performances of the fiber-optic sensors enable to characterize afterwards the metal film (in the third article), the chemical adsorbed layer (in the fourth article) and the functional biomolecular layers (in the 5th article). Moreover, the successful measurement of the metallic film properties in the third article ensures the success in the detection of the alkylthiol SAM, which is adsorbed on the metal surface (referred to the fourth article). Furthermore, the determinations of the gold film and the thiol layer are necessary for characterizing the antibody film and the antibody-antigen-binding layer after the affinity reaction. As a result, a new SPR multimode fiber-optic biosensor has been realized and reported in the 5th article. This biosensor has been well designed, elaborated and characterized at the level of its each layer

Ce travail de thèse porte sur l’utilisation des résonances plasmon de surface localisées (LSPR) de nanoparticules (NPs) métalliques pour améliorer les performances des diodes électroluminescentes organiques (OLED). Nous nous sommes, particulièrement, intéressés aux NPs dispersées aléatoirement par évaporation thermique lors du processus de fabrication des OLED. Dans la première partie du travail expérimental, nous nous sommes concentrés sur la fabrication et l’étude des NPs aléatoires d’argent. Les effets de leur position par rapport à la couche émissive (EML) ont été étudiés. Les résultats montrent des améliorations des performances électriques et optiques des OLED incorporant ces NPs pour des distances EML-NPs supérieures à 15 nm. Par la suite nous nous sommes intéressés à l’étude de la portée du champ plasmonique en développant une méthode originale qui se base sur l’utilisation d’une couche d’émission dans le rouge de type DCM incorporée dans l’EML de type Alq3 émettant dans le vert. En variant la position de cette fine couche de DCM, il était possible de sonder à l’échelle nanométrique la portée des effets des NPs d’Au notamment sur la variation de l’efficacité lumineuse de l’OLED. Enfin, nous avons étudié l'influence des nanoparticules (NPs) plasmoniques d’Al sur les performances d’une OLED bleue soumise à l'émission d'exciplexes.Les résultats montrent que dans le cas de l’OLED avec NPs d’Al, l'émission d'exciplexes est réduite grâce à l’effet LSPR et l'efficacité lumineuse du dispositif plasmonique indique une amélioration de53% par rapport à l’OLED sans NPs<br>This thesis focuses on the utilization of localized surface plasmon resonances (LSPR) of metallic nanoparticles (NPs) to improve the performance of Organic Light Emitting Diodes (OLEDs). In particular, we focused on randomly dispersed NPs by thermal evaporation during the OLED fabrication process. In the first part of the experimental work, we focused on the fabrication and study of random NPs of silver. The effects of their position with respect to the emissive layer (EML) were studied. The results show improvements in electrical and optical performance of OLEDs incorporating these NPs for EML-NPs distances greater than 15 nm. Subsequently, we were interested in the study of the plasmonic field range action by developing an original method based on the use of a DCM red-emitting layer embedded in Alq3 green EML. By varying the position of this thin layer of DCM, it was possible to probe at the nanoscale the extent of the effects of Au NPs in particular on the variation of the luminous efficiency of the OLED. Finally, we studied the influence of Al plasmonic nanoparticles (NPs) on the performance of a blue OLED subjected to the emission of exciplexes. The results show that in the case of OLED with Al-NPs, the emission of exciplexes is reduced thanks to the LSPR effect and the luminous efficiency of the plasmonic device indicates a 53% improvement over that of the OLED without NPs

Cette thèse porte sur le développement d’un capteur plasmonique intégrant une fonction d’actuation des objets visés. L’objectif est de passer outre la limite de diffusion rencontrée à basse concentration en piégeant les particules sur la surface de détection. La stratégie adoptée est de structurer le film d’or servant à la détection de manière à pouvoir l’utiliser pour mettre en mouvement le fluide et les molécules par le biais de champs électriques. Le transfert de masse est réalisé par diélectrophorèse et électroosmose, deux effets électrocinétiques mis en oeuvre par des électrodes servant à la fois d’actuateur et de capteur plasmonique. Un état de l’art exhaustif et des simulations multiphysiques ont permis de concevoir un prototype de capteur intégré constitué d’électrodes interdigitées en or permettant la détection plasmonique. Le dispositif proposé a été obtenu par microfabrication en salle blanche puis caractérisé avant l’étude de ses performances. Une première phase de tests sur un système modèle, des billes de polystyrène dans de l’eau, a permis d’apporter la preuve de concept du fonctionnement du capteur, qui est effectivement capable de piéger rapidement les objets visés à sa surface afin de les détecter. Les mécanismes de transfert de masse ont été expliqués et la preuve de l’amélioration de la limite de détection par un facteur supérieur à 100 a été apportée. Dans un second temps, les performances du capteur appliqué à des objets biologiques ont été évaluées. Celui-ci piège efficacement des levures et des protéines, mais aucune amélioration n’a été observée dans le cas de la détection spécifique de l’hybridation entre deux brins d’acide désoxyribonucléique (ADN). Les causes de ce résultat ont été discutées et comprises et deux solutions différentes ont été explorées : l’adaptation de la fréquence d’opération et l’optimisation de la géométrie des électrodes. Ainsi, cette étude a permis de souligner la problématique de la mise en oeuvre d’effets électrocinétiques dans des milieux biologiques et de réfléchir aux pistes pertinentes pour sa résolution<br>This thesis focuses on the development of an integrated plasmonic sensor capable to perform mass transport on targeted objects. The goal is to overcome the diffusion limit by trapping particules directly on the sensing surface. The adopted strategy was to structure the gold layer used for plasmonic detection in order to use the sofabricated structures to set the fluid and the molecules in motion by applying electric fields in the fluid. The mass transfer is realized through dielectrophoresis and electroosmosis, those two electrokinetic effects being operated by electrodes acting as sensor and actuator at the same time. An exhaustive state of the art as well as multiphysical simulations allowed us for designing a prototype for an integrated sensor consisting in gold interdigitated electrodes enabling plasmoninc sensing. The proposed device was obtained through microfabrication in clean room facilities and was characterized before the study of its performances. A first sequence of tests on a model system – polystyrene microbeads in water – brought the proof of concept we needed to validate the correct operation of the sensor, which is indeed capable of quickly trapping targeted objects on its surface and detecting them. The mass transfer mechanisms were explained and we showed the enhancement of the limit of detection by a factor greater than 100. In a second phase, performances of the sensor applied to biological objects were evaluated. It can effectively trap yeasts and proteins but no enhancement has been observed while detecting DNA hybridization events. Causes for this result were discussed and understood and two different solutions were explored: the adaptation of the operating frequency and the optimization of the electrodes geometry. Thus, this study highlighted the problematic of operating electrokinetic effects in biological media and suggested relevant leads towards its resolution

Les biocapteurs hautement sensibles issus de la nanotechnologie ont trouvé des applications dans divers domaines ces dernières années, grâce à la détection directe, en temps réel et sans marquage de nombreuses substances biologiques et chimiques. Dans le cadre de cette thèse, trois plates-formes de biodétection ont été développées en synthétisant des nanostructures d'or sur trois différents substrats, respectivement une lame de verre recouverte d'oxyde d'indium-étain (ITO), des lamelles de verre et un quartz utilisé dans les microbalances à quartz (QCM). Avec la première plateforme, des biomolécules ont été détectées de façon spécifique en utilisant une analyse spectroscopique dans le domaine des micro-ondes (SMM). La seconde a permis de réaliser un génocapteur utilisant comme méthode de détection optique soit la spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS), soit la résonance plasmonique de surface (LSPR). La troisième a mis en œuvre la détection acoustique de l’interaction entre une biomolécule et des nanoparticules biofonctionnalisées et réparties de façon contrôlée sur la surface<br>Highly sensitive biosensors derived from nanotechnology have found applications in various fields in recent years, thanks to the direct, real-time and unmarked detection of many biological and chemical substances. In the framework of this thesis, three biodetection platforms were developed on glass substrates. Specifically, glass slide coated with thin layers of indium-tin oxide (ITO), glass coverslip and a quartz crystal microbalances (QCM) were nanostructured. With the first platform, biomolecules were detected by using scanning microwave microscopy (SMM) while the second platform made it possible the fabrication of optical genosensors based on either surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) or localized surface plasmon resonance spectroscopy (LSPR). Finally, the third has implemented the acoustic detection of biomolecules on commercial quartz crystal modified with nanostructures in a controlled manner

La liaison d'un ligand à son récepteur ou accepteur physiologique entraîne desmodifications conformationnelles lui permettant d'exposer de nouvelles structures ayant des propriétés antigéniques différentes. Ces structures pourraient se comporter comme des néo-epitopes et déclencher une réponse auto-immune. Nous avons montré chez des patients atteints de maladies auto-immunes ou d'une pathologie vasculaire, la présence d’auto-anticorps dirigés rontre des néo-épitopes révélés par la liaison du t-PA et du plasminogène à la fibrine. Nous avons reproduit ce phénomène à l'aide d'anticorps monoc!onaux développés contre des épitopes conformationnels induits par la liaison de l'apo(a) et du plasminogène à la surface de la fibrine. Un de ces anticorps, l’Al0. 2, dirigé contre la poche hydrophobe du LBS du kringle 4, inhibe la liaison de l'apo(a) à la tïbline mais ne moditïe pas la liaison du plasminogène car il possède un deuxième site de liaison à la fibrine de haut affinité au niveau du kringle 1. En conclusion, les études présentées ici apportent des données qui permettent de préciser l'intérêt et l'importance de l'utilisation des surfaces biologiques pour la recherche d'auto-anticorps et la production d'anticorps monoclonaux dirigés contre des épitopes ayant un impact dans la physiopathologie de l'athéro-thrombose<br>The binding of a ligand to its receptor or to a physiological acceptor induces conformational modifications leading to exposure of new structures bearing different antigenic properties. These structures could behave as neo-epitopes, and trigger an autoimmune response. We have shown the presence of autoantibodies directed against ligand-induced neo-epitopes in t-PA and plasminogen bound to fibrin in patients suffering from autoimmune or vascular pathology. This ligand-induced neoepitope phenomenon was reproduced with the use of monoclonal antibodies directed against plasminogen and apo(a) bound to fibrin. One monoclonal antibody named Al0. 2, directed against the hydrophobic trough of the LBS of klingle 4 inhibits the binding of apo(a) to fibrin. Of note, plasminogen binding to fibrin was not affected, most probably due to the presence of a high affinity LBS in kringle 1. In conclusion, the studies reported here stress the importance of biological surfaces in the search of auto-antibodies and in the development of monoclonal antihodies directed against epitopes, which are important in the pathophysiology of athero-thromhosis

Les dérivés à action oestrogénique constituent un groupe hétérogène de composés susceptibles de perturber, à de faibles concentrations (de l'ordre du ng/ul), le fonctionnement du système endocrinien. Ils représentent donc un facteur de risque non négligeable pour l'homme et la faune. Aussi est-il essentiel de pouvoir les détecter dans l'environnement mais également d'évaluer leur capacité à interférer avec l'activité des oestrogènes endogènes. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail a été de définir une nouvelle méthode de détection des composés à action oestrogénique dans les eaux, en couplant les phénomènes biologiques impliqués dans la régulation des gènes oestrogéno-régulés et des méthodes biophysiques comme la résonance de plasmon de surface (RPS). Une approche basée sur la propriété des oestrogènes à interagir avec le récepteur aux oestrogènes (ER) a été envisagée. Sous l'effet de certains dérivés à action oestrogénique, ER interagit sous forme de dimère avec une séquence d'ADN spécifique nommée Élément de Réponse aux Oestrogènes (ERE). Cette interaction est détectée par RPS. La dimérisation de ER s'opère lorsque le rapport ER/17 β-oestradiol (E2) est de 1. Actuellement la limite de détection obtenue par cette approche est de 0,27 ug/l (soit 1 nM) de E2.

Les agregats de metaux nobles presentent des proprietes optiques specifiques, caracterisees par l'oscillation collective des electrons de conduction, ou resonance de plasmon de surface, sous l'effet de la lumiere incidente. Ses proprietes dependent de la taille des particules. Le but de cette these est la mise en evidence experimentale et l'interpretation de cette dependance. Dans un premier temps, nous presentons les techniques actuelles d'elaboration de materiaux constitues d'agregats metalliques noyes en matrice transparente. Ensuite, les notions theoriques de base et les modeles phenomenologiques devolus a l'interpretation de la reponse optique de nanoparticules sont introduits. Dans le chapitre 2, nous presentons notre technique d'elaboration, consistant a deposer simultanement sur un substrat les agregats (produits par vaporisation laser) et la matrice. Nous examinons ensuite les resultats des diverses techniques de caracterisation (alpha-step, rbs, met, diffraction et diffusion de rayons x) que nous avons mises en uvre pour determiner l'epaisseur, la composition et la morphologie des couches minces. Le chapitre 3 est consacre a l'etude experimentale de la reponse optique de ces materiaux, par des mesures en ellipsometrie (determination des indices optiques) et en spectrometrie d'absorption. Les effets de taille sont mis en evidence, ainsi que la difference de comportement entre les agregats d'or et d'argent. Les modeles presentes au chapitre 1 sont testes. Dans le chapitre 4, les effets de taille sont interpretes a la lumiere de calculs quantiques dans le formalisme de la tdlda, mettant en evidence l'influence des electrons de cur, de la matrice et de sa porosite sur la resonance de plasmon de surface. Enfin, le dernier chapitre est consacre a l'etude du couplage plasmon-phonon, du point de vue energetique (experiences de spectroscopie raman basse frequence) et dynamique (experiences de spectroscopie laser pompe-sonde en regime femtoseconde).

Les capteurs basés sur la résonance plasmonique de surface (SPR) sont devenus des outils très importants pour une détection sensible, sans marquage et en temps réel des interactions biochimiques et biologiques. Dans cette thèse, différents aspects de la plasmonique ont été étudiés tels que la configuration du système de détection et la façon dont les molécules sont attachées aux interfaces SPR. Dans la première partie de ce travail, l’intérêt d’un banc SPR en configuration "goutte" est présenté. Ce banc a permis d’étudier expérimentalement, pour la première fois, l’excitation des plasmons de surface par une "lame à réseaux", un dispositif intégré sans prisme. Dans la deuxième partie, différentes stratégies de fonctionnalisation de surface ont été développées sur différents types d’interfaces SPR hybrides. Une lame d’argent couverte par un film fin de silicium amorphe carboné (Ag/a-Si0.63C0.37) a été modifiée avec de l’acide nitrilotriacétique (NTA) terminé amine pour chélater les ions Cu2+. L’interaction avec les peptides his-tagués peut être suivie, d’une façon simple, par le banc SPR en "goutte". L’intérêt de l’interaction glycane-lectine a motivé le développement des interfaces SPR modifiées avec des glycanes. En utilisant l’approche de la chimie "click", les sucres mannose/lactose terminés alcyne ont été attachés d’une façon covalente sur une lame d’or/oxyde de silicium (Au/SiOx) fonctionnalisée azide. La détection de deux différents lectines (Lens culinaris et Peanut Agglutinin) par ces puces à glycanes a été validée. En parallèle, le greffage des sucres mannose/lactose "non modifiés" à l’interface Au/SiOx modifiée par l’acide tetrafluoro-azidobenzoïque (ATFBA) via le photocouplage a été analysé. Cette stratégie a montré une efficacité dans la reconnaissance spécifique des lectines comparable à celle obtenue dans le cas de la chimie "click"<br>Surface plasmon resonance (SPR) based biosensors have become very important tools for a sensitive, label-free and real-time detection of biochemical and biological interactions. Different aspects for plasmonic-based sensor have been investigated in this thesis such as the detection system configuration and the way molecules are linked to the SPR interfaces. In the first part of this thesis, the interest of a droplet-based SPR set-up was shown. This approach has allowed studying experimentally, for the first time, the excitation of surface plasmons by a diffraction grating chip, without integrated prisms. In the second part, different surface functionalization strategies have been developed on different thin film of a hybrid SPR interfaces. It was shown that silver-based SPR interfaces post-coated with amorphous silicon-carbon alloy (Ag/a-Si0.63C0.37) could be modified with amine-terminated nitrilotriacetic acid (NTA), a strong chelating agent for Cu2+ ions. The interaction with his-tagged peptides could be followed, in an easy manner, by the droplet-based SPR set-up. Motivated by the interest of the glycane-lectin interaction, glycan-modified SPR chips were developed. Alkynyl-terminated mannose/lactose were covalently linked to azide functionalized gold/silicon oxide (Au/SiOx) interfaces using a "click" chemistry approach, the sensing of two different lectins (Lens culinaris and Peanut Agglutinin) was validated. In parallel, "unmodified" glycans were covalently linked to azide-tetrafluorobenzoic acid by a photocoupling strategy. This strategy showed high efficiency in the specific recognition of lectins comparable to the one obtained in the case of "clicked" sugar