Rozprawy doktorskie: „Résonance plasmonique de surface localisée”

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Goffard, Julie. "Etude du couplage entre des nanocristaux de silicium et des plasmons de surface localisés". Thesis, Troyes, 2014. http://www.theses.fr/2014TROY0012/document.

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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
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

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Pellas, Vincent. "Synthèse et fonctionnalisation de nanobâtonnets d’or enrobés de silice AuNR@SiO2 pour des applications aux biointerfaces". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2021SORUS057.pdf.

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Les nanobâtonnets d’or sont des particules plasmoniques présentant des propriétés optiques intéressantes. En particulier, la résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) sensible à l’environnement local des particules, permet leur utilisation comme transducteurs de phénomènes d’interactions moléculaires. Cette propriété fait des nanobâtonnets d’or des nanostructures de choix pour la conception de biocapteurs LSPR. Dans cette thèse, nous proposons d’améliorer l’efficacité globale de ces biocapteurs en enrobant ces nanoparticules par une fine coquille de silice. Les conditions de synthèse permettant l’enrobage de nanobâtonnets par une coquille de silice homogène, d’épaisseur et de porosité contrôlée ont été réexaminées et des suspensions stables ont été obtenues tout en préservant les propriétés optiques du coeur d’or. Différentes chimies de surface ont été étudiées permettant l’immobilisation de biorécepteurs IgG, et les nanosondes formées ont permis la détection en solution d’une cible modèle : un IgG de lapin, avec une limite de détection de l’ordre du pM. La possibilité d’utiliser ces nanostructures coeur-coquille comme agents dopant pour la détection in vitro de biomarqueurs cellulaires par microscopie infrarouge est ensuite envisagée. Des résultats préliminaires concernant la caractérisation et fonctionnalisation de ces particules par des biorécepteurs IgG et une sonde moléculaire infrarouge sont présentés
Gold nanorods are plasmonic nanoparticles with interesting optical properties. In particular, the localized surface plasmon resonance (LSPR), sensitive to the local environment of the particles, allows their use as transducers of molecular interaction phenomena. This property makes those nanostructures of interest for the design of LSPR biosensors. In this thesis, we propose to improve the overall efficiency of these biosensors by coating these nanoparticles with a thin silica shell. The synthesis conditions allowing the coating of gold nanorods by a homogeneous silica shell of controlled thickness and porosity have been re-examined and stable suspensions have been obtained while preserving the optical properties of the gold core. Different surface chemistries were studied for the immobilization of IgG bioreceptors and the formed nanoprobes allowed the detection in solution of a model target : a rabbit IgG, with a detection limit in the pM range. The possibility of using these core-shell nanostructures as doping agents for the in vitro detection of cellular biomarkers by infrared microscopy is then considered. Preliminary results regarding the characterization and functionalization of these particles by IgG bioreceptors and an infrared molecular probe are presented

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Mazzucco, Stefano. "Mapping localized surface plasmons at the nanometer scale in complex-shaped sub-wavelength metallic nanoparticles". Paris 11, 2009. http://www.theses.fr/2009PA112367.

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Cette thèse présente une étude en spectroscopie de perte d'énergie d'électron (EELS) de plasmons de surface localisés (LSPs) dans des nanoparticules d'argent et d'or et le résultat du développement d'un détecteur de cathodoluminescence (CL) dans un microscope électronique à balayage en transmission (STEM). L'EELS dans un STEM (STEM-EELS) permet d'étendre notre connaissance des LSPs en dépassant les limites des techniques optiques. Nous avons montré comment la forme, le type de matériaux et la taille d'une nanoparticule affecte énormément le comportement des LSPs en déterminant l'énergie et le nombre de résonances LSP ainsi qu'en déterminant leurs interactions mutuelles. Nous avons également démontré que la CL dans un STEM peut être utilisée avec succès pour combiner une haute résolution spatiale et spectrale pour l'étude des nanoparticules
This thesis presents the outcome of the study of Localised Surface Plasmons (LSPs) on silver and gold nanoparticles with Electron Energy-Loss Spectroscpy (EELS) and of the development of a cathodoluminescence (CL) detector integrated with a scanning transmission electron microscope (STEM). STEM-EELS can extend the knowledge of LSPs by overcoming the limitations of optical techniques. We showed how the shape, material and size of a nanoparticle affect dramatically the behaviour of LSPs by determining the energy and number of LSP resonances as well as whether they interact with one another or not. We also demonstrated that a STEM-CL detector can be sucessfully used to combine high spatial resolution with high energy resolution for the study of nanoparticles

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Rodríguez, Martínez Yerila. "Plasmonic Cu nanoparticles inclusion in ZnO and Cu2O matrices for enhanced photoconversion of all-oxide optoelectronics". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0208.

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Dans ce travail, nous présentons dans une première partie les résultats de la croissance in situ de nanoparticules (NPs) plasmoniques de cuivre (Cu) dans une matrice de p-Cu2O en utilisant la pulvérisation cathodique magnétron réactive d'une cible de Cu et en ajustant le débit d'oxygène. Il a été possible d'observer, dans des conditions pauvres en oxygène, la formation de films composites CuNPs-Cu2O présentant la signature du phénomène de résonance plasmon de surface localisée (LSPR). Les dispositifs basés sur les nanocomposites étudiés interfacés avec de l'oxyde de zinc (ZnO) ont été caractérisés par des mesures J-V et des mesures spectrales de photocourant, montrant une augmentation de la densité de photocourant sous illumination optique comme conséquence de l'incorporation des particules plasmoniques et de l'injection conséquente de porteurs chauds. La deuxième partie du manuscrit présente les résultats du recuit thermique rapide (RTA) des films composites CuNPs-Cu2O dans des conditions pauvres en oxygène et l'évolution de leurs propriétés lorsque la température augmente. Après un recuit à une température de recuit supérieure à 150 ºC, il a été possible de constater une ségrégation du cuivre vers la surface, une augmentation de l'orientation cristalline préférentielle du Cu2O et une amélioration du signal LSPR. La réponse électrique des dispositifs constitués des composites interfacés avec ZnO puis recuits à 200 ºC a montré une augmentation supplémentaire du photocourant en raison de la LSPR des nanoparticules de Cu à la surface des dispositifs. Enfin, la synthèse de nanoparticules de Cu par une source d'agrégation de gaz (GAS) et la fabrication ultérieure de structures multicouches ZnO-CuNPs avec une réponse plasmonique ont été étudiées. Le composite obtenu a révélé une réponse LSPR et la présence de particules de Cu agissant comme points de nucléation pour des grains coniques de ZnO hautement orientés
In this work we present the results on in-situ growth of plasmonic copper (Cu) nanoparticles (NPs) into a p-Cu2O matrix by using reactive magnetron sputtering of a Cu target and adjusting the oxygen flowrate. It was possible to observe, for oxygen-poor conditions, the formation of CuNPs-Cu2O composites presenting the signature of the localized surface plasmon resonance (LSPR) phenomenon. Devices based on the studied nanocomposites interfaced with zinc oxide (ZnO) were characterized by J-V and spectral photocurrent measurements, showing a photocurrent density increase under optical illumination as a result of the plasmonic particles incorporation and consequent hot carriers injection. In the second part of the manuscript, the results about the rapid thermal annealing (RTA) of the CuNPs-Cu2O composites under oxygen-poor conditions and their properties evolution when temperature increases are presented. At temperature higher than 150 ºC it was possible to see a copper segregation towards the surface, increase in the crystal preferential orientation of Cu2O and improvement of the LSPR signal. Electrical response of devices constituted by the composite layers interfaced with ZnO and annealed at 200 ºC showed a further increase in the photocurrent resulting from the LSPR of Cu NPs at the devices surface. Finally, the synthesis of Cu nanoparticles through a gas aggregation source (GAS) and the subsequent fabrication of ZnO-CuNPs multilayer structure with plasmonic response were studied. The resulted composite revealed LSPR response and the presence of Cu particles acting as nucleation points for highly oriented ZnO conical grains

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Chamtouri, Maha. "Etude exhaustive de la sensibilité des Biopuces plasmoniques structurées intégrant un réseau rectangulaire 1D : effet de la transition des plasmons localisés vers les plasmons propagatifs". Thesis, Paris 11, 2013. http://www.theses.fr/2013PA112060/document.

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Malgré leurs contribution dans plusieurs domaines, les biopuces à lecture plasmonique conventionnelles basées sur l'utilisation d’un film métallique plan d'or, sont limitées en terme de sensibilité surtout quand il s'agit de détecter des molécules de faible masse molaire à l’état de trace.Dans ce cadre, nous étudions numériquement et expérimentalement le potentiel de détection d’interactions biomoléculaires d’une nouvelle génération de biopuces à lecture plasmonique intégrant un film métallique micro-nano-structurée en réseau rectangulaire 1D. L’étude numérique développée met en œuvre une méthode hybride, basée sur la combinaison de deux méthodes classiques : la méthode des éléments finis et la méthode modale de Fourier. Grâce à ce nouvel outil numérique, nous présentons une cartographie exhaustive du potentiel de détection d’une couche biologique, en variant les paramètres de la structuration liés aux dimensions du réseau. La réponse de la biopuce à l’accrochage de biomolécules est ensuite interprétée théoriquement par les différents phénomènes plasmoniques notamment les «points chauds» et les bandes plasmoniques interdites. Nos calculs soulignent l'importance de l’exploitation du confinement de la lumière à travers la structuration sub-longueur d’onde des surfaces plasmoniques. Ceci permet non seulement d’optimiser les paramètres géométriques afin d’améliorer la sensibilité vis-à-vis de la réponse d’une biopuce conventionnelle, mais aussi de mettre en évidence la transition entre le régime où les plasmons propagatifs dominent et le régime où les plasmons localisés dominent. De nouvelles figures de mérite sont introduites pour évaluer les performances des biopuces structurées.Cette étude montre également que de nouvelles opportunités pour améliorer davantage la bio-sensibilité sont offertes, si la localisation de biomolécules peut être effectuée dans les régions où le champ électrique est amplifié et confiné
Surface plasmons resonance imaging with continuous thin metallic films have become a central tool for the study of biomolecular interactions. However, in order to extend the field of applications of surface plasmons resonance systems to the trace detection of biomolecules having low molecular weight, a change in the plasmonic sensing methodology is needed. In this study, we investigate theoretically and experimentally the sensing potential of 2D nano- and micro- ribbon grating structuration on the surface of Kretschmann-based surface plasmon resonance biosensors when they are used for detection of biomolecular binding events. Numerical simulations were carried out by employing a fast and novel model based on the hybridization of two classical methods, the Fourier Modal Method and the Finite Element Method. Our calculations confirm the importance of light manipulation by means of structuration of the plasmonic thin film surfaces on the nano- and micro- scales. Not only does it highlight the geometric parameters that allow the sensitivity enhancement, and associated figures of merit, compared with the response of the conventional surface plasmon resonance biosensor based on a flat surface, but it also describes the transition from the regime where the propagating surface plasmon mode dominates to the regime where the localized surface plasmon mode dominates. An exhaustive mapping of the biosensing potential of the nano- and micro- structured biosensors surface is presented, varying the structural parameters related to the ribbon grating dimensions. New figures of merit are introduced to evaluate the performance of the structured biosensors. The structuration also leads to the creation of regions on biosensor chips that are characterized by strongly enhanced electromagnetic fields. New opportunities for further improving the bio-sensitivity are offered if localization of biomolecules can be carried out in these regions of high electromagnetic fields enhancement and confined

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Al-Aridhee, Tahseen. "Numerical study of optical properties of single and periodic nanostructures : from nanoantennas to enhanced transmission metamaterials". Thesis, Besançon, 2016. http://www.theses.fr/2016BESA2004/document.

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L ’intérêt des nano-particules pour le domaine de l ’optique visible a été suscité lors du premier rapport rédigé par Faraday en 1857 et qui a initié les bases de la production de nanoparticules métalliques en vue de leur propriété optiques inattendues (coloration des solutions). Plus récemment, le contrôle et le guidage de la lumière basés sur l’excitation de résonance plasmon dans les nanostructures a permis beaucoup d’applications liées à la vie quotidienne et impliquant la lumière. La résonance plasmonique de structures métalliques estun phénomène essentiel qui conduit à des propriétés optiques uniques à travers l’interaction de la lumière avecles électrons libres du métal. L’excitation de la résonance plasmon localisé (LSPR) permet d’exalter localement l’énergie électromagnétique comme dans le cas des nano-antennes mais aussi d’acheminer la lumière à travers des canaux de dimensions sub-l sur de grandes distances distances grâce à l’excitation du Plasmonde Surface Propagatif (PSP). Au cours de cette thèse, nous avons étendu un algorithme existant afin de calculer la réponse optique (sections efficaces de diffusion et d’absorption) de NPs ayant une forme géométrie quelconque. Ce type de NP anisotrope (vis-à-vis de la polarisation incidente) peut présenter à la résonance plasmonique une section efficace de diffusion 25 fois supérieure à celle géométrique. De plus, une étude systématique importante a été effectuée afin d’optimiser la géométrie de tels Nps.En ce qui concerne la PSP qui est impliqué dans la transmission exaltée à travers les matrices d’ouvertures annulaires AAA, nous avons entrepris une étude systématique des propriétés de l’excitation du mode particul particulier sans coupure de ces nano - guides. Il s’agit du mode Transverse Electrique et Magnétique (TEM). Une étude numérique complète est alors effectuée pour correctement concevoir la structure avant qu’elle ne soit expérimentalement fabriquée et caractérisée. Pour palier certaines contraintes expérimentale, une structure inclinée est proposée et étudiée dans le cas d’un métal parfaitement conducteur. Nous avons démontrée numériquement et analytiquement certaines propriétés intrinsèques de la structure montrant un coefficient de d’au moins 50% d’un faisceau incident non polarisé indépendamment des conditions d’éclairage (polarisation,angle et plan d’incidence). Lorsque le mode TEM est excité, le flux laminaire de l’énergie à travers la structure présente une déviation géante sur de très petites distances inférieures à la longueur d’onde. Les résultats présentés dans cette thèse pourraient être considérés comme une contribution importante à la compréhension du phénomène de transmission exaltée basé sur l’excitation de ce type de mode guidé
The release of the rst report by Faraday in 1857 set the foundation of the production of metal nanoparticlesand their unexpected optical properties (coloring). More recently, controlling and guiding light via plasmonicresonance in nanostructures enable a lot of applications affecting everyday life that involves light. Plasmonresonance of metallic structures is a key phenomenon that allows unique optical properties through the interactionof light with the free electrons of the metal. The excitation of Localized Surface Plasmon Resonance(LSPR) leads to turn-on large local enhancements of electromagnetic energy as within antennas or to routelight as waveguide to desired region with high transmission through the excitation of Propagating SurfacePlasmon (PSP). During this thesis, we have developed an existing algorithm in order to calculate the opticalresponse of NPs of any shape. We have especially determined the localized energy enhancement factor interm of optical response of nano-antenna. This anisotropic (polarization dependent) NPs type can feature, atplasmon resonance, scattering efciency factor higher than 25. Moreover, an important systematic study hasbeen performed in order to optimize design of such NPs.Concerning the PSP that are involved in the enhanced transmission through Annular Aperture Arrays (AAAs),we systematically study the properties of the excitation of the peculiar Transverse ElectroMagnetic (TEM) guidedmode inside such nano-apertures. A complete numerical study is performed to correctly design the structurebefore it is experimentally characterized. For reasons associated to fabrication constraints and efciency,a slanted AAA made in perfectly conducting metal is proposed and studied. We numerically and analyticallydemonstrate some intrinsic properties of the structure showing a transmission coefcient of at least 50%ofan un-polarized incident beam independently of the illumination configuration (polarization, angle, and planeof incidence). At the TEM peak transmission, the laminar flow of the energy through the structure can exhibitgiant deviation over very small distances ( ). The results presented in this thesis could be considered as animportant contribution to the understanding of the enhanced transmission phenomenon based on the excitationof guided modes

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Kholodtsova, Maria. "Spectral, spatial and temporal properties of multilayered epithelial tissue in vivo in presence of metal nanoparticles in multimodal spectroscopy". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0031.

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Le travail de thèse est consacré aux interactions spatio-, temporo- et spectro- résolue de laser avec des tissus biologiques. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'influence des nanoparticules colloïdales embarqués dans les tissus biologiques multicouches sur leurs propriétés optiques afin de fournir plus profond et / ou plus précise de sondage. Pour ce faire, les paramètres spectroscopiques intégrales et durée de vie de fluorophore dans les environs de nanoparticules métalliques ont été analysées théoriquement et expérimentalement. L’autre partie de l'étude était de proposer de nouvelles solutions algorithmiques pour l'amélioration de la performance du processus d'estimation des valeurs des propriétés optiques de la résolution spatiale des mesures spectroscopiques. La dernière partie de la thèse est la modélisation expérimentale et théorique de la cinétique de fluorophores en présence des nanoparticules d'or colloïdales. La composante ultra-courte pico-seconde (environ 100 ps) a été résolue et a été corrélée à champ dipolaire forte des nanoparticules qui compense le dipôle de la molécule
The thesis work is devoted to spatially-, temporally- and spectrally- resolved laser and biological tissue interactions. The aim of the present thesis was to investigate the influence of colloidal nanoparticles embedded into multilayered biological tissues on their optical properties in order to provide deeper and/or more precise probing. To do so, the integral spectroscopic parameters and lifetime of fluorophore in vicinity of metal nanoparticles were analyzed theoretically and experimentally. Another part of the study was to propose new algorithmic solutions for improving the performance of the estimation process of the optical properties values from spatially resolved spectroscopic measurements. The last part of the thesis was the experimental and theoretical modelling of fluorophore’s kinetics in presence of colloidal gold nanoparticles. The ultra-short pico-second component (around 100 ps) was resolved and correlated to strong nanoparticles dipole field which is compensating the molecule’s dipole

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Watkins, William L. "Study and development of localised surface plasmon resonance based sensors using anisotropic spectroscopy". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2018SORUS505.pdf.

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La résonance de plasmon de surface localisée (LSPR) est définie comme l’oscillation collective du nuage d’électrons de conduction induite par un champ électrique externe. Dans le cas de nanoparticules composé de métaux nobles tels que l’or, l’argent, ou le cuivre,la résonance est localisée dans le visible ou le proche UV. La polarisabilité d’une nanoparticule est directement proportionnelle à quatre paramètres clefs : son volume, sa composition, sa forme et son milieu environnant. Ce sont ces propriétés qui font que la LSPR peut être utilisée à des fin de capteur. Dans le cas d’une particule isotrope, tel que la sphère, le spectre LSPR montre un seul pic d’absorption. Dans le cas d’une particule anisotrope, tel qu’une ellipsoïde, le spectre d’absorption a deux maxima distincts. Si on calcule la section efficace d’absorption en considérant une lumière non polarisée, on obtient deux maxima. Le point clef de ce type de système est la possibilité de découpler les deux résonances en utilisant une lumière polarisée. Dans cette description le système anisotrope est considéré comme microscopique, c’est à dire qu’il ne s’agit que d’une ou deux particules. Dans le cas d’un échantillon macroscopique, tel qu’une solution colloïdale d’ellipsoïdes ou nanotiges, le spectre d’absorption aura toujours deux maxima d’absorption, mais ceux-ci ne pourront pas être découplés car l’échantillon n’est pas globalement anisotrope. En revanche, si l’échantillon présente une anisotropie globale telle que des nanotiges alignés, ou des nanosphères organisées en ligne, il est possible d’avoir un spectre de plasmon dépendant de la polarisation de la lumière. Être capable de découpler les résonances d’un échantillon anisotrope permet de mesurer un spectre différentiel en prenant la différence des deux spectres d’absorption. Cela est expérimentalement possible en utilisant la spectroscopie de transmis- sion anisotrope qui permet la mesure de l’anisotropie optique. L’avantage est d’obtenir un spectre relative et différentiel donc plus stable et reproductible. De plus il est maintenant possible de suivre l’évolution de la réponse optique des particules plasmoniques, non plus en mesurant un déplacement spectral, mais en mesurant le changement d’intensité du signal à une longueur d’onde fixe. Cette méthode est utilisée pour deux cas d’études qui sont la mesure de l’interaction du dihydrogène avec des nanoparticules d’or, ainsi que la détection de faible pression partielle de dihydrogène dans un gaz porteur (argon, et air) à l’aide de palladium, pour des applications de capteur d’hydrogène
Localised surface plasmon resonance (LSPR) is defined as the collective oscillation of the conduction electron cloud induced by an external electric field. In the case of nanoparticles composed of noble metals such as gold, silver, or copper, the resonance is located in the visible or near UV range. The polarisability of a nanoparticle is directly proportional to four key parameters: its volume, its composition, its shape and its surrounding environment. It is these properties that make LSPR useful for sensor applications. In the case of isotropic particles, such as spheres, the LSPR spectrum shows only one absorption peak. In the case of an anisotropic particle, such as an ellipsoid, the absorption spectrum has two or more distinct peaks. If the absorption cross-section is measured with unpolarised light, multiple maxima are obtained. The key point for these type of systems is the possibility to decouple the resonances using polarised light. In this description the anisotropic system is considered microscopic, i.e. it is only made of one or two particles. In the case of a macroscopic sample, such as a colloidal solution of ellipsoids or nanorods, the absorption spectrum will always have multiple absorption maxima, and they cannot be decoupled because the sample is not globally anisotropic.On the other hand, if the sample has a global anisotropy such as aligned nanorods, or nanosphere organised in lines, it is possible to have a plasmon spectrum dependent on the light polarisation. Being able to decouple the resonances of an anisotropic sample makes it possible to measure a differential spectrum by taking the difference of the two absorption spectra. This is experimentally possible by using anisotropic transmission spectroscopy which measures the optical anisotropy. The advantage is to obtain a relative and differential spectrum more stable and reproducible. Moreover, it is now possible to follow the evolution of the optical response of the plasmonic particles no longer by measuring a spectral shift but by measuring the change in intensity of the signal at a fixed wavelength. This method is used on two case studies which are the measurement of the interaction of dihydrogen with gold nanoparticles, as well as the detection of low partial pressure of dihydrogen in a carrier gas (argon, and air) using palladium nanoparticles, for hydrogen sensing applications

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Kholodtsova, Maria. "Spectral, spatial and temporal properties of multilayered epithelial tissue in vivo in presence of metal nanoparticles in multimodal spectroscopy". Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0031/document.

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Le travail de thèse est consacré aux interactions spatio-, temporo- et spectro- résolue de laser avec des tissus biologiques. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'influence des nanoparticules colloïdales embarqués dans les tissus biologiques multicouches sur leurs propriétés optiques afin de fournir plus profond et / ou plus précise de sondage. Pour ce faire, les paramètres spectroscopiques intégrales et durée de vie de fluorophore dans les environs de nanoparticules métalliques ont été analysées théoriquement et expérimentalement. L’autre partie de l'étude était de proposer de nouvelles solutions algorithmiques pour l'amélioration de la performance du processus d'estimation des valeurs des propriétés optiques de la résolution spatiale des mesures spectroscopiques. La dernière partie de la thèse est la modélisation expérimentale et théorique de la cinétique de fluorophores en présence des nanoparticules d'or colloïdales. La composante ultra-courte pico-seconde (environ 100 ps) a été résolue et a été corrélée à champ dipolaire forte des nanoparticules qui compense le dipôle de la molécule
The thesis work is devoted to spatially-, temporally- and spectrally- resolved laser and biological tissue interactions. The aim of the present thesis was to investigate the influence of colloidal nanoparticles embedded into multilayered biological tissues on their optical properties in order to provide deeper and/or more precise probing. To do so, the integral spectroscopic parameters and lifetime of fluorophore in vicinity of metal nanoparticles were analyzed theoretically and experimentally. Another part of the study was to propose new algorithmic solutions for improving the performance of the estimation process of the optical properties values from spatially resolved spectroscopic measurements. The last part of the thesis was the experimental and theoretical modelling of fluorophore’s kinetics in presence of colloidal gold nanoparticles. The ultra-short pico-second component (around 100 ps) was resolved and correlated to strong nanoparticles dipole field which is compensating the molecule’s dipole

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Melo, Sánchez Claudia de. "Croissance sélective de Cu2O et Cu métallique par dépôt par couche atomique sur ZnO et leur application en optoélectronique". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0040.

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Dans ce travail, après l’état de l’art et la présentation de méthodes de synthèse et d’analyse, nous présentons des résultats sur la croissance sélective de Cu2O et Cu métallique par dépôt par couche atomique (ALD) sur ZnO, ZnO dopé à l’Al (AZO) et α-Al2O3. Nous mettons en évidence la possibilité de déposer de façon sélective Cu métallique ou Cu2O, en contrôlant la température de dépôt et la conductivité ou la densité des défauts ponctuels au sein du substrat. Un procédé sélectif local de dépôt par couche atomique (AS-ALD) a été mis en évidence sur une bicouche à motifs composée de zones de ZnO de faible conductivité et de régions d’AZO de forte conductivité. De plus, l'AS-ALD permet la fabrication de nano-jonctions à base de Cu2O/ZnO /AZO/Cu, dont le comportement de jonction p-n a été confirmé par microscopie à force atomique à pointe conductrice (C-AFM). Les mécanismes liés à la croissance sélective locale sont également discutés. Dans la seconde partie de cette thèse, des nanoparticules de Cu (NP) ont été déposées par ALD sur des couches minces de ZnO. Les NP de Cu présentent une résonance plasmon de surface localisée caractérisée par ellipsométrie. La position de la bande de résonance plasmon est ajustable entre les régions visible et infrarouge du spectre électromagnétique en gérant la taille des particules et leur espacement par l’intermédiaire du temps de dépôt. Le système Cu NP/ZnO montre une photo-réponse dans le visible grâce à la génération d'électrons chauds à la surface des NP de Cu et l'injection dans la bande de conduction de ZnO. Finalement, des hétérojonctions Cu2O/ZnO semi-transparentes ont été fabriquées par ALD et pulvérisation cathodique. Les hétérojonctions présentent une photo-réponse autoalimentée sous éclairement, des temps de réponse rapides et une transparence élevée dans le visible, ce qui est prometteur pour des applications dans les domaines de l’électronique transparente, la photo-détection et le photovoltaïque
In this work we present the results on the selective growth of Cu2O and metallic Cu by atomic layer deposition (ALD) on ZnO, Al-doped ZnO (AZO) and α-Al2O3 substrates. It was possible to tune the deposited material (Cu or Cu2O) by controlling the deposition temperature, and the substrate conductivity/density of donor defects. An area-selective atomic layer deposition (AS-ALD) process was demonstrated on a patterned bi-layer structure composed of low-conductive ZnO, and highly-conductive AZO regions. Furthermore, the AS-ALD allows the fabrication of Cu2O/ZnO/AZO/Cu-back-electrode nanojunctions, as confirmed by conductive atomic force microscopy (C-AFM). The mechanism behind the temperature and spatial selectivities is discussed. In a second part of this thesis, Cu nanoparticles (NP) were deposited by ALD on ZnO thin films. The Cu NP exhibit a localized surface plasmon resonance, tunable from the visible to the near-infrared regions, as confirmed by spectroscopic ellipsometry. An enhanced visible photo-response was observed in the Cu NP/ZnO device thanks to the hot-electron generation at the surface of the plasmonic Cu NP and transfer into the conduction band of ZnO. Finally, semi-transparent Cu2O/ZnO heterojunctions were fabricated by ALD and reactive magnetron sputtering. The heterojunctions present a stable self-powered photo-response under 1 Sun illumination, fast response times and high transparency in the visible region, which is promising for all-oxide transparent electronics, photodetection and photovoltaics

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Vandenhecke, Ellick. "Nanostructuration de surfaces diélectriques par pulvérisation ionique pour guider la croissance de nanoparticules métalliques". Thesis, Poitiers, 2014. http://www.theses.fr/2014POIT2272/document.

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L'objectif de ce travail est d'une part de comprendre et contrôler la formation de rides périodiques nanométriques produites par pulvérisation ionique de films minces diélectriques. D'autre part, ces surfaces nanostructurées sont utilisées pour guider la croissance et l'organisation de nanoparticules d'argent. Ces systèmes anisotropes sont caractérisés par une position spectrale de la résonance plasmon de surface dépendant de la polarisation de la lumière incidente. Nous étudions d'abord par AFM et GISAXS l'influence des conditions de pulvérisation (angle d'incidence et énergie des ions, température, flux, fluence) sur la morphologie des rides (période, amplitude, ordre, ...). Les paramètres pertinents pour le contrôle de la morphologie sont identifiés ainsi qu'une partie des mécanismes physiques mis en jeu. Ensuite, nous étudions par HAADF-STEM l'influence des conditions de croissance (angle d'incidence du flux métallique, degré d'organisation des rides) sur les propriétés structurales des nanoparticules d'argent. Nous montrons que la croissance préférentielle des nanoparticules le long des rides est favorisée par des effets d'ombrage, ce qui conduit à la formation de chaînes linéaires de même période que les rides sous-jacentes et au sein desquelles les nanoparticules sont plus ou moins alignées et allongées. Cela se traduit par une anisotropie optique en champ lointain variable due à la polydispersité des distances interparticules (inférieures à quelques nanomètres) ainsi que des phénomènes de couplage en champ proche plus ou moins importants. Ces structures peuvent trouver des applications en spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS)
On the one hand, the aim of this work is to understand and control the formation of periodic nanometric ripples produced by ion sputtering of dielectric thin films. On the other hand, these nanostructured surfaces are used to guide the growth and organization of silver nanoparticles. These anisotropic systems are characterized by a surface plasmon resonance whose spectral postion is dependent on the polarization of the incident light. We first study the influence of different ion beam sputtering parameters (the ions incidence angle and energy, temperature, energy, flux, fluence) on the ripple morphology (period, amplitude, order, ...) by AFM and GISAXS. The relevant parameters for the control of the ripple morphology are identified as well as some of the physical mechanisms involved. Then, we study the influence of the growth conditions on the structural properties of the nanoparticles (metal deposition angle, ripples pattern quality) by HAADF-STEM. We show that the preferential growth along the ripples is promoted by shadowing effects, thus leading to the formation of linear chains with period similar to the underlying ripples and with more or less elongated and aligned nanoparticles. This results in a far-field tunable optical anisotropy arising from polydisperse interparticle gaps (less than a few nanometers) as well as from more or less strong near-field coupling phenomena. These structures could offer potential for surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) applications

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Fevrier, Mickaël. "Couplage entre un guide d’onde diélectrique et un guide à plasmon de surface localisé : conception, fabrication et caractérisation". Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112040/document.

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Ce travail de thèse présente une étude théorique, numérique et expérimentale de l’intégration sur un guide d’onde diélectrique de chaînes de nanoparticules d’or supportant des résonances « plasmon de surface localisé ». Les guides d’onde à plasmon de surface localisé procurent un confinement sub-longueur d’onde de la lumière, ce qui permet d’envisager la réalisation de composants optiques ultra-compacts. Cependant, leurs pertes optiques élevées restreignent leur application à de courtes distances de propagation, contrairement aux guides d’onde diélectriques. Une combinaison judicieuse des deux types de guide doit donc permettre de bénéficier de leurs avantages respectifs. Dans un premier temps, nous avons étudié théoriquement les propriétés des chaînes des nanoparticules grâce à un modèle analytique basé sur l’approximation de dipôles ponctuels couplés, que nous avons développé. Cette étude a permis de déterminer la forme et les dimensions des nanoparticules qui ont ensuite été introduites dans un logiciel de FDTD pour simuler le couplage entre la chaîne de nanoparticules et le guide diélectrique (SOI ou en Si3N4). De cette étude numérique, nous avons déduit les géométries des structures à fabriquer. Les structures réalisées ont été caractérisées à l’aide d’un banc de transmission résolue spectralement, mis en place pendant cette thèse, et d’un système de mesures en champ proche optique en collaboration avec le LNIO (Troyes). Pour la première fois, nous avons montré expérimentalement les propriétés d’une chaîne courte de nanoparticules intégrée sur un guide SOI, ainsi que le phénomène de guides couplés entre une chaîne longue de nanoparticules et un guide SOI. Une valeur record de la constante de couplage a été obtenue, et ce, aux longueurs d’onde des télécoms (proche infrarouge). L’énergie lumineuse transportée par le mode TE du guide SOI peut ainsi être entièrement transférée au guide plasmonique en 4 ou 5 nanoparticules, soit une distance de propagation de moins de 600 nm. Nous avons également étudié les propriétés de réseaux de Bragg à base de plasmon de surface localisé en confrontant les résultats de mesures de transmission résolue spectralement aux résultats théoriques d’un modèle analytique basé à la fois sur l’approximation de dipôle ponctuel en régime quasi-statique et la théorie des modes couplés. Ces travaux ouvrent la voie à des applications de pinces optiques, de capteurs ou de spaser, qui bénéficieront de l’intégration de nanoparticules métalliques dans les circuits photoniques
This PhD work presents a theoretical, numerical and experimental study of the integration of a gold nanoparticle chain supporting "localized surface plasmon resonances" on a dielectric waveguide. The localized surface plasmon allows a sub-wavelength confinement of light which could lead to the achievement of ultra-compact optical components. However, the high level of optical losses restricts their application to short propagating distances unlike dielectric waveguides. A judicious combination of both types of guides should therefore allow taking profit of their respective advantages. Firstly, we have theoretically studied the properties of nanoparticles chains using an analytical model that we have developed following the coupled dipoles approximation. This has helped us to determine the shape and size of nanoparticles, which have been further used in a FDTD software, to simulate the coupling between the chain and the dielectric waveguide (SOI or Si3N4). Using this numerical study, we have deduced the geometries of structures to be fabricated. The realized structures have been characterized using a spectrally resolved transmission set-up, built during this thesis, and an optical near field measurement set-up (collaboration LNIO Troyes). For the first time, we have experimentally shown the properties of short nanoparticle chains integrated on a SOI waveguide as well as the existence of a coupled waveguide phenomenon between long nanoparticle chains and SOI waveguides. A record value has been obtained for the coupling constant at telecom wavelengths (near infrared). The light energy carried by the TE mode of the SOI waveguide can be completely transferred into the plasmonic waveguide via the first 4 or 5 nanoparticles of the chain, which means a distance of less than 600 nm. We have also studied the properties of Bragg gratings based on localized surface plasmon. Experimental results from spectrally resolved transmission measurements have been compared to theoretical results obtained from an analytical model based on the point dipole approximation in quasi-static regime, on one hand, and using the coupled mode theory, on the other hand. This work opens the way for applications to optical tweezers, sensors or spasers, which will benefit from the integration of metal nanoparticles in photonic circuits

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Guillot, Nicolas. "Propriétés optiques de nanoparticules métalliques et application aux nanocapteurs par exaltation de surface". Phd thesis, Université Paris-Nord - Paris XIII, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00844312.

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Le travail présenté dans ce manuscrit a permis de mettre en lumière les différentes possibilités menant à l'optimisation de l'efficacité de capteurs basés sur la résonance de plasmons de surface localisé (RPSL) et fabriqués par des techniques contrôlant précisément la géométrie des nanostructures métalliques. L'accent a été mis plus particulièrement sur les capteurs par RPSL et sur les capteurs par diffusion Raman exaltée de surface (DRES). Le premier chapitre a rappelé les paramètres clés menant à l'optimisation recherchée, i.e., la nature du métal, la taille de la nanoantenne, sa forme, son milieu environnant, la polarisation du champ électrique incident, la séparation entre les nanoparticules et la présence d'ordres supérieurs. Le second chapitre s'est davantage centré sur les capteurs DRES en exposant le principe et les possibilités d'optimisation de leur signal dans le cas de rangées de nanostructures d'or. Le chapitre 3 s'est consacré à l'observation de l'allure du champ électromagnétique local (amplitude et longueur de décroissance) par l'étude du couplage champ proche entre les nanoparticules d'or.

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Guillot, Nicolas. "Propriétés optiques de nanoparticules métalliques et application aux nanocapteurs par exaltation de surface". Phd thesis, Paris 13, 2012. http://www.theses.fr/2012PA132048.

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Le travail présenté dans ce manuscrit a permis de mettre en lumière les différentes possibilités menant à l’optimisation de l’efficacité de capteurs basés sur la résonance de plasmons de surface localisé (RPSL) et fabriqués par des techniques contrôlant précisément la géométrie des nanostructures métalliques. L’accent a été mis plus particulièrement sur les capteurs par RPSL et sur les capteurs par diffusion Raman exaltée de surface (DRES). Le premier chapitre a rappelé les paramètres clés menant à l’optimisation recherchée, i. E. , la nature du métal, la taille de la nanoantenne, sa forme, son milieu environnant, la polarisation du champ électrique incident, la séparation entre les nanoparticules et la présence d’ordres supérieurs. Le second chapitre s’est davantage centré sur les capteurs DRES en exposant le principe et les possibilités d’optimisation de leur signal dans le cas de rangées de nanostructures d’or. Le chapitre 3 s’est consacré à l’observation de l’allure du champ électromagnétique local (amplitude et longueur de décroissance) par l’étude du couplage champ proche entre les nanoparticules d’or
The work presented in this manuscript focuses on the different possibilities leading to the optimization of the signal of localized surface plasmon resonance (LSPR) basednanosensors and fabricated by some techniques enabling a precise control of the geometry of metallic nanostructures. Nanosensors based on LSPR and surface enhanced Raman scattering (SERS) have been especially studied. The first part of this manuscript reminds the key parameters leading to the optimization of the signal of such nanosensors, i. E. , the nanostructures material, the size and the shape of the nanostructures, the surrounding medium, the incident electric field polarization, the gap between the nanoparticles and the higher order LSPR. The second part is focused on SERS nanosensors by exposing the optimization principle and possibilities of the signal in the case of arrays of gold nanoparticles. Finally, the last part is devoted to the observation of the shape of the local electromagnetic field around the nanoparticles (amplitude and decay length) by the study of the near-field coupling between gold nanoparticles of different shapes

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Rye, Jan-Michael. "Spatial Modulation Spectroscopy Of Single Nano-Objects In A Liquid Environment For Biosensing Applications". Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSE1053/document.

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Le développement de méthodes rapides, précises et ultra-sensibles pour la détection d'analytes cibles en solution est crucial pour la recherche et les applications potentielles en médecine ou biologie moléculaire. Une approche très prometteuse consiste à développer des nano-capteurs à partir de nano-objets métalliques (NOM) qui présentent une résonance d'extinction dans leur réponse optique. Cette résonance nommée résonance de plasmon de surface localisée (RPSL) peut être ajustée spectralement en jouant sur la nature, la morphologie et l'environnement du NOM. Mesurer des modifications sur la RPSL de nano-objets individuels en présence d'analytes cibles doit permettre de s'affranchir des effets de moyennes dans les mesures d'ensemble. De plus, cela ouvre la voie vers le développement d'échantillons micrométriques pour des tests multicibles sans étiquette (« label-free »).Dans ce travail on a développé un nouveau dispositif expérimental basé sur la technique de spectroscopie à modulation spatiale (SMS) permettant de sonder la réponse optique de NOM individuels en milieu liquide. En parallèle des méthodes de synthèse ont été mises au point pour obtenir des échantillons sondes stables permettant des mesures sur NOM unique, en particulier sur des bipyramides d'or qui présentent de nombreuses qualités intrinsèques faisant d'elles de bonnes candidates pour le « bio-sensing ».Des mesures ont été réalisées dans des environnements d'indice variable et les changements détectés sont en bon accord avec les simulations théoriques. De plus, de nombreuses études ont été réalisées pour comprendre l'influence des nombreux paramètres agissant sur la réponse optique des systèmes étudiés
Advances in the development of rapid, accurate and highly sensitive methods for detecting target analytes in solution will provide crucial tools for research and applications in medicine and molecular biology. One of the currently most promising approaches is the development of nanosensors based on the localized surface plasmon resonance (LSPR) of noble metal nano-objects (MNOs), which is an optical response that depends on their size, shape, composition and local environment. The ability to measure the modification of the reponse of a single MNO in the presence of a target analyte would allow each object to act as an independent probe with increased sensitivity as the signal would be isolated from the averaging effects of ensemble measurements. Furthermore it would allow the development of micrometric, functionalized multiprobe samples for multitarget label-free assays.In this work, a novel experimental setup based on the spatial modulation spectroscopy (SMS) technique has been developed to measure the optical response of individual nano-objects in a liquid environment. In parallel, a new technique has also been developed to elaborate stable probes for measurements with the new setup, with a focus on gold bipyramids due to numerous qualities that make them excellent candidates for biosensing probes. The setup has been used to measure the response of individual objects in environments of different real refractive indices and the detected changes have been shown to be in good agreement with theoretical calculations. Numerical studies have also been performed to investigate the influence on the optical response of numerous factors encountered in the studied systems

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Gharbi, Ines. "Films cristal liquide polymérisés et auto-organisation de nanoparticules d’or". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS286.

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Dans cette thèse nous étudions des systèmes composites cristaux liquides / polymères / nanoparticules. Nous utilisons les déformations des cristaux liquides pour contrôler l’auto-organisation induite des nanoparticules et également la polymérisation des matrices cristal liquide pour assurer la stabilité des systèmes nanocomposites et diversifier les techniques de caractérisation d’imagerie et d’optique. Nous nous sommes tout d’abord intéressés aux films cristal liquide nématique puis cholestérique, sans et avec polymère, en l’absence et en présence de nanoparticules, ces dernières étant choisies sphériques de taille unique. Par la suite, nous nous sommes intéressés à la polymérisation des stries huileuses présentes dans la phase smectique A. La comparaison entre les différents comportements des nanoparticules lorsqu’elles sont isolées en solution ou rassemblées et auto-organisées sur un substrat PVA sans cristal liquide (CL) ou sur un substrat avec CL nématiques ou cholestériques, nous a permis de comprendre comment les nanoparticules et la matrice interagissent pour aboutir à la structure finale du système composite, caractérisée par de nouvelles propriétés optiques des nanoparticules. Nous avons établi comment une matrice nématique permettait de conserver un ordre hexagonal quasi-parfait pour des nanoparticules d’or déposées en surface, tout en les rapprochant les unes des autres (compression induite de la monocouche formée) pour diminuer désordre et déformation induits dans la matrice, ce qui décale significativement la résonance de plasmon des nanoparticules. Nous avons également mis en évidence que les nanoparticules induisent un changement d’orientation des molécules nématiques vers une orientation tiltée, accompagnée d’un phénomène de démouillage de la matrice au niveau des nanoparticules. Le passage d’une matrice nématique à une matrice cholestérique conserve l’ordre hexagonal de la monocouche comprimée pour les nanoparticules mais avec un plus grand désordre induit localement par la grande distorsion élastique en surface et au fond des ondulations de la matrice cholestérique mise en évidence par une simulation du cholestérique frustré entre les deux ancrages, planaire sur PVA et homéotrope avec l’air. La structure en modulation du cholestérique joue un rôle de moule de telle sorte que les nanoparticules reproduisent à l’échelle mésoscopique la texture cholestérique à l’interface en formant des rubans qui imitent parfaitement les modulations cholestériques. On retrouve le phénomène de démouillage, mais moins profond que pour le nématique, en lien avec la localisation des nanoparticules dans les zones tiltées au-dessus de la région de plus forte déformation en splay du cholestérique. Au sein de la même matrice cholestérique, l’augmentation de la concentration en nanoparticules entraine une modification profonde des propriétés optiques des nanoparticules. Nous montrons que c’est lié à la mise en place de structures nouvelles pour les nanoparticules, toujours induites par la structure modulée du cholestérique, qui, elle, n’est que peu modifiée. On passe, quand la concentration augmente, d’une monocouche en labyrinthes à deux dimensions fortement désordonnée et comprimée jusqu’à des organisations de tailles et formes contrôlées à trois dimensions (des agrégats). Les propriétés optiques sont modifiées en lien avec un fort renforcement de l’interaction électromagnétique entre nanoparticules. Ces dernières couvrent la totalité des modulations qui ne jouent plus le rôle de moule mais se retrouvent seulement tronquées en surface par la présence des nanoparticules. Ceci met en évidence la robustesse de cette structure cholestérique, mais également les rôles moteurs combinés des déformations élastiques du cholestérique et de l’ancrage induit par les nanoparticules sur les structures obtenues et en retour sur les modifications de propriétés optiques induites. Par ailleurs, concernant la polymérisation des stries [...]
We study composite systems liquid crystals / polymers / nanoparticles. We use liquid crystal distortions to control the induced nanoparticle organization and also the polymerization of liquid crystal matrices that ensures the stability of the composites and allows to diversify the imaging and optical characterization techniques. First of all, we are interested in nematic and cholesteric liquid crystal films, with and without polymer, in the absence and in the presence of nanoparticles, the latter being chosen as spherical gold nanoparticles of diameter 6nm. Subsequently, we were interested in the polymerization of the so-called smectic oily streaks. The comparison between the different behaviors of the nanoparticles when isolated in solution or gathered and self-organized on a PVA substrate without liquid crystal (LC) or on a substrate with nematic or cholesteric LC, allowed us to understand how the nanoparticles and the matrix interact to reach the final structure of the composite system, characterized by new optical properties of the nanoparticles. We have established how a nematic matrix allows to preserve an almost perfect hexagonal order for gold nanoparticles deposited on the surface, while bringing them closer to each other (induced compression of the monolayer formed) to decrease disorder and distortion induced in the matrix, which significantly shifts the plasmon resonance of the gold nanoparticles. We have also demonstrated that the nanoparticles induce a change of orientation of the nematic molecules towards a tilted orientation, accompanied by a dewetting phenomenon of the matrix on top of the nanoparticles. The transition from a nematic matrix to a cholesteric matrix preserves the hexagonal order of the compressed monolayer for the nanoparticles but with an enhanced disorder, locally induced by the larger elastic distortion close to the air/interface and more specifically at the bottom of the undulations of the cholesteric matrix, which was evidenced by a simulation of a frustrated cholesteric between the two anchoring, planar on PVA and homeotrope with air. The cholesteric modulation structure acts as a mold so that the nanoparticles reproduce on the mesoscopic scale the cholesteric texture at the interface by forming ribbons that perfectly mimic the cholesteric modulations. We again evidence a phenomenon of dewetting, but smaller than for the nematic, in relation with the localization of the nanoparticles in the cholesteric tilted areas above the region of strong cholesteric splay distortion. Within the same cholesteric matrix, the increase of the concentration of nanoparticles causes a profound change in the optical properties of the nanoparticles. We show that it is related to the establishment of new structures for the nanoparticles, always induced by the modulated structure of cholesteric, which, in return is only slightly modified. As the concentration increases, one passes from a monolayer of highly disordered and compressed two-dimensional labyrinths up to 3D structures (aggregates) of controlled size and shape. The optical properties are modified in relation with a strong strengthening of the electromagnetic interaction between nanoparticles. The nanoparticles occupy the overall surface of the cholesteric modulations, which no longer play the role of mold, but are found to be truncated at the surface by the presence of nanoparticles. The fact that the modulated cholesterics is only poorly modified highlights the robustness of this cholesteric structure, but also the combined influence of the cholesteric elastic distortions and of the nanoparticle-induced anchoring on the nanoparticle organization and in return on the induced optical properties. Moreover, concerning the polymerization of smectic oily streaks, we have succeeded to preserve the smectic A texture in the nematic phase, in relation with the creation of a particularly robust polymer skeleton that mimics the initial smectic texture

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Zhang, Lu. "Design of plasmonic nanoparticles and their use for biotoxin immunosensing". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2018SORUS439.pdf.

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L'entérotoxine A du staphylocoque (SEA) produite par certaines souches de Staphylococcus aureus est une cause majeure d'intoxication alimentaire et représente la deuxième cause de maladies d'origine alimentaire en France. Les nanoparticules (NPs) plasmoniques aux propriétés optiques uniques sont largement utilisées comme transducteurs dans les biocapteurs en raison du phénomène de résonance de plasmons de surface localisée (LSPR). L'objectif de ce travail était de développer des biocapteurs basés sur des NPs plasmoniques à partir desquels la détection de SEA pourrait être réalisée par lecture à l'œil nu. Deux stratégies ont été mises en place. La première stratégie reposait sur le coefficient d'extinction extrêmement élevé des AuNPs. Des AuNPs conjuguées à l’anticorps anti-SEA (Ab) ont été utilisées comme rapporteurs dans l’immunocapteur colorimétrique en phase solide de type sandwich. Le capteur a été appliqué avec succès à la détection de SEA dans le tampon et le lait. 1 ng de SEA pourrait être visualisée par lecture à l’œil nu. La deuxième stratégie reposait sur la sensibilité de la bande LSPR de NPs plasmoniques au faible changement d'indice de réfraction local et à la capacité de l'homme à visualiser les changements de couleur dans la région de 500 nm. À cette fin, des NPs cœur-coquille or-argent (Au@AgNPs) avec la bande à 500 nm ont été synthétisées. La conjugaison de l'Ab aux Au@AgNPs a entraîné un décalage vers le rouge de la bande LPSR et un changement de couleur visuel de l'orange au rouge. Cependant, le décalage vers le rouge de la bande était important et aucun changement de couleur visible n’a été observé à l’œil nu lors de l’addition ultérieure de SEA
Staphylococcal enterotoxin A (SEA) produced by some Staphylococcus aureus strains is a major cause of food poising and especially represents the second cause of foodborne diseases in France. Plasmonic nanoparticles with unique optical properties are widely applied as transducers in biosensing devices owing to the Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) phenomenon. The objective of this work was to develop biosensors based on plasmonic nanoparticles from which SEA detection could be achieved by naked-eye readout. Two strategies were implemented. The first strategy was based on the extremely high extinction coefficient of gold nanoparticles (AuNPs). Anti-SEA antibody (Ab)-conjugated AuNPs were used as reporters in a solid-phase, sandwich-type, colorimetric immunosensor. The sensor was successfully applied to the detection of SEA in buffer and spiked milk. As low as 1 ng SEA could be visualized by naked-eye readout. The second strategy relied on both the sensitivity of the LSPR band of plasmonic nanoparticles to small local refractive index change and the ability of humans to visualize color changes in the 500 nm region. For this purpose, core-shell gold silver nanoparticles (Au@AgNPs) with LSPR band at 500 nm were successfully synthesized. Attachment of Ab to Au@AgNPs resulted in a red shift of LPSR band and a visual color change of colloidal solution from orange to red. Yet, the red shift of LSPR band was very important and no visible change of color was observed by naked-eye upon subsequent addition of SEA

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Chamorro, Coral William. "Microstructure, chemistry and optical properties in ZnO and ZnO-Au nanocomposite thin films grown by DC-reactive magnetron co-sputtering". Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0253/document.

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Les matériaux composites peuvent présenter des propriétés qu'aucun des composants individuels ne présente. En outre, à l'échelle du nanomètre les nanocomposites peuvent présenter de nouvelles propriétés par rapport à l'état massif ou à des macrocomposites des mêmes composants en raison d’effets de confinement et d’effets quantiques liés à la taille. Les nanocomposites semi-conducteur/métal sont très intéressants en raison de leurs uniques propriétés catalytiques et opto-électroniques et la possibilité de les ajuster facilement. Ce travail de thèse étudie les interactions spécifiques et les propriétés physiques qui se manifestent dans les films minces de ZnO et nanocomposites ZnO-Au synthétisés par pulvérisation magnétron réactive continue. Premièrement, il est observé qu’il est possible d'ajuster les propriétés microstructurales et optiques des couches de ZnO en réglant les paramètres expérimentaux. La croissance épitaxiale de ZnO sur saphir a été réalisée pour la première fois dans des conditions riches en oxygène sans assistance thermique. En outre, une étude des propriétés optiques met en évidence la relation étroite entre les propriétés optiques et de la chimie des défauts dans les couches minces de ZnO. Un modèle a été proposé pour expliquer la grande dispersion des valeurs de gap rencontrées dans la littérature. Deuxièmement, il a été possible de révéler l'influence profonde de l'incorporation de l'or dans la matrice de ZnO sur des propriétés importantes dans des films nanocomposites. En outre, la présence de défauts donneurs (accepteurs) au sein de la matrice ZnO se permet de réduire (oxyder) les nanoparticules d’or. Ce travail de recherche contribue à une meilleure compréhension des nanocomposites semi-conducteurs/métal et révèle le rôle important de l'état de la matrice semi-conductrice et de la surface des particules pour les propriétés finales du matériau
Composite materials can exhibit properties that none of the individual components show. Moreover, composites at the nanoscale can present new properties compared to the bulk state or to macro-composites due to confinement and quantum size effects. The semiconductor/metal nanocomposites are highly interesting due to their unique catalytic and optoelectronic properties and the possibility to tune them easily. This PhD work gives insight into the specific interactions and resulting physical properties occurring in ZnO and ZnO-Au nanocomposite films grown by reactive DC magnetron sputtering. The results can be summarized in two points: First, it was possible to tune the microstructural and optical properties of ZnO. Epitaxial growth of ZnO onto sapphire was achieved for the first time in O2-rich conditions without thermal assistance. Also, a study of the optical properties highlights the close relationship between the bandgap energy (E_g ) and the defect chemistry in ZnO films. A model was proposed to explain the large scatter of the E_g values reported in the literature. Second, the deep influence of the incorporation of gold into the ZnO matrix on important material properties was revealed. Moreover, the presence of donor (acceptor) defects in the matrix is found to give rise to the reduction (oxidation) of the Au nanoparticles. This research work contributes to a better understanding of semiconductor/metal nanocomposites revealing the key role of the state of the semiconductor matrix

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Yazidi, Senda. "Structure et propriétés optiques de nanoparticules couplées : application à la spectroscopie Raman exaltée de surface". Thesis, Poitiers, 2018. http://www.theses.fr/2018POIT2279/document.

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Ce travail vise à utiliser des surfaces d'alumine nanostructurées pour guider la croissance et l'organisation de particules métalliques (Ag, Au et AgxAu1-x), et à les tester en tant que substrats SERS-actifs robustes et réutilisables. Nous avons utilisé la spectrophotométrie pour la caractérisation des propriétés optiques résultantes, l'ellipsométrie spectroscopique pour l'extraction des indices optiques et la microscopie électronique en transmission pour les caractérisations structurales. La diffusion Raman exaltée de surface (SERS) a été utilisée pour la détection de molécules de bipyridine adsorbées sur la surface des échantillons, en collaboration avec l’Institut des Matériaux Jean Rouxel de Nantes. Nous étudions d'abord des systèmes de nanoparticules monométalliques et bimétalliques afin de comprendre les modes de croissance de telles assemblées. Nous montrons que des arrangements différents de nanoparticules bimétalliques sont obtenus selon la séquence de dépôt utilisée et qu'un alliage est obtenu à l'issue de recuits ex situ sous vide. Les propriétés optiques en champ proche et lointain de nanoparticules d'alliage AgxAu1-x noyées dans une matrice d'Al2O3 sont comparées numériquement à celles des métaux purs, par la méthode de calcul des différences finies dans le domaine temporel. Les résultats indiquent que l’amplification du champ pour les nanoparticules de métal pur est plus élevée que pour les nanoparticules d’alliage. Enfin, les expériences SERS menées sur un système dichroïque de nanoparticules d’Ag plus ou moins couplées montrent que l'on peut obtenir un signal SERS intense avec des nanoparticules recouvertes
The aim of this work is to use nanostructured alumina surfaces to guide the growth and to optimize the organization of metallic particles (Ag, Au and AgxAu1-x), and to test those systems as reusable SERS-active substrates. We used spectrophotometry to characterize the resulting optical properties, spectroscopic ellipsometry for the determination of the optical index and transmission electron microscopy for the structural characterizations. Surfaced-enhanced Raman spectroscopy (SERS) was used for the detection of adsorbed bipyridine molecules on the sample surface, in collaboration with the Institut des Matériaux Jean Rouxel at Nantes. We first study systems consisting of monometallic and bimetallic nanoparticles in order to understand the growth modes of such particle assemblies. A particular attention is paid to the influence of the sequential deposition of Au and Ag on the structural and optical properties. We show that different arrangements of bimetallic nanoparticles are obtained according to the deposition sequence used and that an alloy is obtained after ex situ annealing under vacuum. The near-field and far-field optical properties of AgxAu1-x nanoparticle alloys embedded in an alumina matrix are compared numerically by the finite difference time domain method, with those of pure metal nanoparticles. Our results indicate that pure metal nanoparticles exhibit a greater field enhancement than alloy nanoparticles. Finally, SERS experiments conducted with a dichroic system made of coupled Ag nanoparticles show that an intense SERS signal can be obtained with coated nanoparticles

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Juvé, Vincent. "Spectroscopie linéaire et ultra-rapide de nanoparticules métalliques : de l’ensemble au nano-objet individuel". Thesis, Lyon 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LYO10163/document.

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En passant de l’état massif à la nanoparticule les matériaux métalliques voient certaines de leurs caractéristiques modifiées de manière notable comme par exemple les propriétés optiques avec l’apparition d’une résonance dans le spectre optique, la Résonance Plasmon de Surface Localisée (RPSL) responsable du changement de couleur des nanoparticules métalliques. Les propriétés vibrationnelles et thermiques de nanoparticules métalliques ont été étudiées à l’aide d’une technique de Spectroscopie Femtoseconde. Nous avons montré qu’il était possible d’exciter et de détecter optiquement des fréquences de vibrations mécaniques dans le domaine térahertz pour des nanoparticules de platine composées de moins de cent atomes. D’autre part l’augmentation des effets dus aux interfaces a été mis en évidence sur les propriétés thermiques de nanoparticules d’or et d’argent. La résistance thermique à l’interface, résistance de Kapitza, voit son rôle augmenter lors du transfert thermique à l’échelle nanométrique. Une corrélation entre les valeurs mesurées et les impédances acoustiques des matériaux composants les interfaces a été mise en évidence. Nous avons aussi montré qu’elle augmente quand la température diminue de 300K à 70K. Les propriétés optiques de nanoparticules non sphériques ont été étudiées à l’aide de la Spectroscopie à Modulation Spatiale. Cette technique a permis de repérer puis de caractériser des nano-bâtonnets d’or individuels. Nous avons montré que la largeur spectrale de la RPSL est fortement dépendante de la géométrie des nanoparticules (diamètre et longueur). Cette double dépendance n’est pas prédite par les modèles classiques ou quantique existants
The size reduction of metals, from bulk to nanoparticles, induces significant modifications of their properties. For instance, the optical properties evolve and a new resonance, the localized surface plasmon resonance, appears in the optical spectrum and is responsible for the change of colors of metallic nanoparticles. This work is focused on studies of metals’ properties at the nanometric scale. In the first part, the vibrational and thermal properties are studied with a femtosecond spectroscopy technique. It is shown that it is possible to excite and detect optically vibrational frequencies in the terahertz domain by studying platinum nanoparticles formed by less than 100 atoms. The study of the thermal properties of the metallic nanoparticles (gold and silver) has shown that the boundary effect increases. This thermal boundary resistance, known as the Kapitza resistance, plays a dominant role in the heat transfer at the nanometric scale. A correlation between the experimental values of the thermal boundary resistance and the acoustic impedances of the boundary’s materials has been found. We have also shown that the Kapitza resistance is a decreasing function of the temperature in the 70-300K range. In the second part, the effect of the size reduction on the optical properties of non-spherical nanoparticles is observed. The Spatial Modulation Spectroscopy technique is used in order to locate and study individual gold nanorods. It is shown that the two geometrical parameters (the length and the diameter) of the nanorods influence the spectral linewidth of the localized surface plasmon resonance. This effect is not predicted by existing classical or quantum models

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Roland, Thibault. "Microscopie par Plasmons de Surface Localisés : un outil d'imagerie optique non intrusif pouvant couvrir les échelles du nanomètre au micromètre en biologie". Phd thesis, Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00441957.

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La plupart des microscopies impliquées dans l'étude d'échantillons ou de processus biologiques utilise des marqueurs ou des sondes, qui peuvent modifier artificiellement, plus ou moins fortement, les échantillons observés.Afin de proposer une alternative à ces techniques, un microscope haute résolution à plasmons de surface (le SSPM) a été développé. Les plasmons sont des oscillations collectives des électrons libres d'un métal, dont les conditions de résonance sont très sensibles à la variation d'indice diélectrique à la surface de ce métal. L'utilisation d'un objectif à forte ouverture numérique permet la focalisation de la lumière incidente dans une petite zone de l'interface métal/milieu d'observation, et entraîne ainsi la localisation et la structuration de ces ondes. Enfin, un balayage de la surface est réalisé, permettant de détecter les variations locales d'indice diélectrique de l'échantillon. Tout d'abord, nous présentons le principe expérimental du SSPM, mais aussi la modélisation de sa réponse par l'intermédiaire d'une résolution 3D des équations de Maxwell. Dans un deuxième temps, nous étudions la structure des couches minces d'or déposées par évaporation thermique sur des substrats de verre, et utilisées lors des expériences de microscopie SSPM. Puis nous visualisons dans l'air et dans l'eau, des nanoparticules métalliques et diélectriques, de 10 à 200 nm de diamètre, et montrons qu'il est possible de les différencier suivant leur taille ou leur indice diélectrique. Enfin, nous imageons des nucléosomes (complexes nucléoprotéiques d'environ 10 nm de diamètre) non marqués, ainsi que des fibroblastes dont nous résolvons certaines des sous structures.

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Kaya, Zeynep. "Controlled and localized synthesis of molecularly imprinted polymers for chemical sensors". Thesis, Compiègne, 2015. http://www.theses.fr/2015COMP2220.

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Les polymères à empreintes moléculaires (MIP), également appelés "anticorps en plastique", sont des récepteurs biomimétiques synthétiques qui sont capables de reconnaître et lier une molécule cible avec une affinité et une spécificité comparables à celles des récepteurs naturels tels que des enzymes ou des anticorps. En effet, les MIP sont utilisés comme éléments de reconnaissance synthétiques dans les biocapteurs et biopuces pour la détection de petits analytes et les protéines. La technique d'impression moléculaire est basée sur la formation de cavités de reconnaissance spécifiques dans des matrices polymères par un procédé de moulage à l'échelle moléculaire. Pour la conception de capteurs et biopuces, une cinétique d'adsorption et une réponse du capteur rapide, l'intégration des polymères avec des transducteurs, et une haute sensibilité de détection sont parmi les principaux défis. Dans cette thèse, ces problèmes ont été abordés par le développement de nanocomposites MIP / d'or via le greffage du MIP sur les surfaces en utilisant des techniques de polymérisation dédiées comme l'ATRP qui est une technique de polymérisation radicalaire contrôlée (CRP). Ces techniques CRP sophistiquées sont en mesure d'améliorer considérablement les matériaux polymères. L'utilisation de l'ATRP dans le domaine de MIP a été limitée jusqu'à présent en raison de son incompatibilité inhérente avec des monomères acides comme l'acide méthacrylique (MAA), qui est de loin le monomère fonctionnel le plus largement utilisé dans les MIP. Ici, un nouveau procédé est décrit pour la synthèse de MIP par ATRP photo-initiée utilisant fac-[Ir(Ppy)3] comme catalyseur. La synthèse est possible à température ambiante et est compatible avec des monomères acides. Cette étude élargit considérablement la gamme de monomères fonctionnels et de molécules empreintes qui peuvent être utilisés lors de la synthèse de MIP par ATRP. La méthode proposée a été utilisée pour la fabrication de nanocomposites hiérarchiquement organisés sur des surfaces métalliques nanostructurés avec des nano-trous et nano-ilots, présentant des effets plasmoniques pour l'amplification du signal. La synthèse de films de MIP à l'échelle du nanomètre localisés sur la surface d'or a été démontrée. Des méthodes de transduction optiques, à savoir la résonance de plasmons de surface localisée (LSPR) et la spectroscopie Raman exaltée par effet de surface (SERS) ont été exploitées. Ces techniques se sont montrées prometteuses pour l'amélioration de la limite de détection dans la détection d'analytes biologiquement pertinents, y compris les protéines et le médicament propranolol
Molecularly imprinted polymers (MIPs), also referred to as plastic antibodies, are synthetic biomimetic receptors that are able to bind target molecules with similar affinity and specificity as natural receptors such as enzymes or antibodies. Indeed, MIPs are used as synthetic recognition elements in biosensors and biochips for the detection of small analytes and proteins. The molecular imprinting technique is based on the formation of specific recognition cavities in polymer matrices by a templating process at the molecular level. For sensor and biochip development, fast binding kinetics of the MIP for a rapid sensor response, the integration of the polymers with transducers, and a high sensitivity of detection are among the main challenges. In this thesis, the above issues are addressed by developing MIP/gold nanocomposites by grafting MIPs on surfaces, using dedicated techniques like atom transfer radical polymerization (ATRP) which is a versatile controlled radical polymerization (CRP) technique. Theses ophisticated CRP techniques, are able to greatly improve the polymeric materials. The use of ATRP in the MIP field has been limited so far due to its inherent incompatibility with acidic monomers like methacrylic acid (MAA), which is by far the most widely used functional monomer. Herein, a new method is described for the MIP synthesis through photo-initiated ATRP using fac-[Ir(ppy)3] as ATRP catalyst. The synthesis is possible at room temperature and is compatible with acidic monomers. This study considerably widens the range of functional monomers and thus molecular templates that can be used when MIPs are synthesized by ATRP. The proposed method was used for fabrication of hierarchically organised nanocomposites based on MIPs and nanostructured metal surfaces containing nanoholes or nanoislands, exhibiting plasmonic effects for signal amplification. The fabrication of nanometer scale MIP coatings localized on gold surface was demonstrated. Optical transduction methods, namely Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) and Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) were exploited and shown that they hold great promise for enhancing the limit of detection in sensing of biologically relevant analytes including proteins and the drug propranolol

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Dorier, Vincent. "Quantum theory of light in linear media : applications to quantum optics and quantum plasmonics". Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2020. http://www.theses.fr/2020UBFCK006.

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Nous développons une méthode de quantification du champ électromagnétique en interaction linéaire avec les milieux passifs d'une part, et les milieux actifs (plasmoniques) d'autre part. Cette méthode repose sur la construction d'une structure Hamiltonienne compatible avec les équations de Maxwell, puis sur un principe de correspondence et la définition d'un espace de Fock des états quantiques. Nous utilisons les résultats de la théorie quantique pour étudier la propagation de photons dans des environnements diéléctriques et l'émission de plasmons uniques
We develop a method of quantization of the electromagnetic field interacting with passive media on one hand, and active (plasmonic) media on the other hand. This method relies on the construction of a Hamiltonian structure compatible with the Maxwell equations, and then on a principle of correspondence and the definition of a Fock space of quantum states. We use the results of the quantum theory to study the propagation of photons in dielectric environments and the emission of single plasmons

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Loison, Olivier. "Imagerie plasmonique multimodale en vue d'applications biomédicales". Paris 7, 2013. http://www.theses.fr/2013PA077102.

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Les plasmons de surface sont des modes d'oscillation collectifs des électrons de conduction à l'interface entre métal et diélectrique. La plasmonique est un domaine de l'optique basé sur les propriétés de confinement et d'exaltation du champ électromagnétique offertes par ces modes. La plasmonique est en particulier utilisée dans les biocapteurs en permettant de quantifier et de suivre la dynamique d'interaction de biomolécules. La spécificité de ces capteurs dits à résonance de plasmon de surface, connus sous l'acronyme anglais SPR, est qu'ils ne nécessitent aucun marquage. La sensibilité de la SPR repose sur la forte dépendance des conditions de résonance à l'indice de réfraction local du diélectrique étudié. En particulier, l'indice de réfraction varie en fonction de la concentration en biomolécules à la surface du capteur. Nous proposons ici un dispositif original en transmission (tSPR) préservant la forte sensibilité caractéristique de la SPR standard. Nous montrons que cette configuration permet une haute densité de parallélisation des mesures. Le multiplexage offert par la tSPR est supérieur d'environ un ordre de gràndeur à celle de la SPR classique. Le plasmon de surface propagatif (PSP) est associé à un champ évanescent. L'intensité élevée du champ et son fort confinement axial ont été récemment mis à profit dans des expériences d'imagerie de fluorescence médiée par les plasmons de surface (SPF). De plus, la présence d'une interfade métallique au voisinage d'un fluorophore induit de nouveaux mécanismes de relaxation, notamment via le plasmon de surface, provoquant une chute abrupte de la durée de vie de fluorescence. L'information de durée de vie peut être extraite à l'aide d'un microscope d'imagerie de temps de vie de fluorescence (FLIM). Nous montrons que l'imagerie FLIM couplée avec des plasmons de surface permet obtenir une mesure nanométrique de la distance métal-fluorphore. Nous montrons qu'un tel dispositif est adapté à la tomographique de membrane plasmique sur des cellules avec une résolution axiale de l'ordre de 15 nm
Surface plasmons are collective oscillation modes of the conductive electrons at the interface between a metal and a dielectric. Plasmonic is a field of optics based on the properties of containment and exaltation of the electromagnetic field given by this mode. Plasmonics is particulary used in biosensors to quantify and to follow interaction dynamic between biomolecules. The specificity of these sensors named Surface Plasmon Resonance (SPR) is their unstrained characteristic. SPR sensitivity relies on the strong dependence of the resonance conditions to the refractive index of the studied dielectric. In particular, the refractive index depends on the biomolecules concentration at the sensor surface. Here, we suggest to use an original device in transmission (tSPR) preserving the strong sensitivity characteristic of standard SPR. We show that this configuration allows a high parallelization density of measurement. Multiplexing given by tSPR is around one order of magnitude more than the one of classical SPR. Propagative surface plasmon (PSP) is associated with an evanescent field. The high intensity of the field and its strong axial confinement have been recently been used in Surface Plasmon mediated Fluorescence (SPF) imaging. Moreover, the presence of a metallic interface in the vicinity of a fluorescent dye induces new relaxation processes, especially via the surface Plasmon, producing a sharp decrease of the fluorescence lifetime. Lifetime information can be extract with a fluorescence lifetime imaging microscope (FLIM). We show that FLIM imaging coupled with surface Plasmon provides nanometric accuracy of the dye-metal distance. We show that such a device is adapted to plasmic membrane tomography with an axial resolution about 15 nm

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Pillet, Flavien. "Développement d'un outil d'analyse d'interactions moléculaires basé sur la résonance plasmonique de surface (SPRi)". Thesis, Toulouse, INSA, 2010. http://www.theses.fr/2010ISAT0029/document.

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Ces dernières décennies, on a assisté à l’augmentation du nombre de technologies et de concepts permettant l’analyse des interactions intermoléculaires. Dans ce contexte, les puces à fluorescence restent les plus fréquemment utilisées. Cependant, cette technologie bien que très sensible et multiplexée, ne permet pas d’avoir accès aux paramètres cinétiques, indispensables au calcul des constantes d’affinité et la recherche de systèmes alternatifs s’impose. Dans cette optique, la résonance plasmonique de surface par imagerie (SPRi) est considérée comme une véritable option. Cette technologie se caractérise par l’absence de marquage et permet de suivre en temps réel d’infimes variations de masses consécutives à des interactions intermoléculaires sur la surface du prisme. L’obtention de constantes d’affinité est ainsi possible. En revanche, la SPRi présente un certain nombre de limites, principalement au niveau de la sensibilité et du multiplexage. Les objectifs de la thèse ont ainsi consisté à combler en partie ces différentes limites. La chimie de greffage basée sur l’utilisation d’oligonucléotides modifiés par un thiol a permis d’améliorer le multiplexage et de déposer plus de 1000 spots par cm² sur la surface d’or du prisme. Dans le même temps, la modification de la surface avec des colloïdes d’or et des dendrimères a permis pour des interactions ADN/ADN, d’atteindre une limite de détection de 2 nM (d’où un gain de 200%). En parallèle de ces travaux, diverses applications biologiques ont été effectuées. Une première étude a consisté à rechercher des ligands spécifiques des structures G-quadruplex des télomères. Une seconde étude s’est portée sur le complexe de partition bactérien. Par des études de criblage les bases impliquées dans l’interaction avec une protéine indispensable à la partition du plasmide F chez E.coli ont été identifiées. L’ensemble de ces travaux ont montré le fort potentiel de la SPRi et les applications potentielles qui en découlent sont nombreuses
During the last decades a large number of technologies have been developed to analyze intermolecular interactions. In this context, the fluorescence biochips remain the most frequently used. Although this technology is very sensitive and multiplexed, it does not allow access to the kinetic parameters, essential to the calculation of the constants of affinity. Therefore, the research for alternative systems is essential. In this way, the Surface Plasmon Resonance imaging (SPRi) is considered as an opportunity. It is an optical detection process that can occur when a polarized light hits a prism covered by a thin metal layer. Under certain conditions free electrons at the surface of the biochip absorb incident light photons and convert them into surface plasmon waves. Perturbations at the surface of the biochip, such as an interaction between probes immobilized on the chip and targets, induce a modification of resonance conditions which can be measured. It is a label free technology which allows intermolecular interactions in real time and gives access to the kinetics parameters. However, SPRi is limited in sensitivity and multiplexing. The objectives of my PhD were to circumvent these various limits. Thus, we validated the immobilization of DNA probes on gold surface using thiol-modified oligonucleotide probes. Deposition carried out on non-modified gold surface, does not require electrical stimulation and expensive specific robotic devices. The thiol modification of the probes was shown to be very stable at room temperature, contrary to pyrrole and diazonium probes that need to be prepared just prior to their spotting. We demonstrate that thiol-modified oligonucleotide probes spotted on a gold surface of the SPRi-prisms are very robust and reproducible. We also demonstrated that this simple chemistry is compatible with high density arrays fabrication bearing more than 1000 spots using a classical spotter. Furthermore, the modification of the prism surface with gold colloids and dendrimers allowed for DNA/DNA interactions, to reach a detection limit of 2 nM. In parallel of this work, various biological applications were carried out and validate our previous developments. A first study was to screen G-quadruplex specific ligands to inhibit telomerase activity. We demonstrated that SPRi technology is particularly well adapted to the screening of interaction of small molecules with DNA probes and is sensitive enough to permit distinction between interactions with different DNA structures. The second study was on the bacterial partition complex. We study the DNA binding requirement involved in SopB-sopC specific interactions and analysed at the nucleotide level the bases involved in the binding efficiency and essential for the partition All this PhD work improved the SPRi technology and demonstrated its great potential in biological applications

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Fuchs, Julia. "Étude physico-chimique des puces à ADN : stabilité du duplex d'ADN, détection des mutations ponctuelles et au-delà". Grenoble 1, 2009. http://www.theses.fr/2009GRE10240.

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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
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

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Beilvert, Anne. "Synthèse, caractérisation et évaluation in vitro et in vivo d'agents de contraste pour l'imagerie moléculaire du coeur lipidique de la plaque d'athérosclérose". Paris 13, 2011. http://www.theses.fr/2011PA132004.

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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
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

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Goulam, Houssen Yannick. "Plasmonique appliquée à l'ingéniérie des processus de fluorescence en biophotonique". Paris 7, 2009. http://www.theses.fr/2009PA077152.

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Les plasmons de surface sont des modes d'oscillation collectifs des électrons de conduction à l'interface métal/diélectriques. Leurs propriétés sont particulièrement intéressantes pour des applications de biosensing et à la bio-imagerie photonique. Ils sont associés à des champs EM evanescents intenses et peuvent se coupler et modifier positivement des propriétés d'émission de bio-marqueur type fluorophores ou nanoparticules (NPs) métalliques. Les marqueurs (molécules fluorescentes, quantum dots, NPs) largement imposés en imagerie biologique, en médecine ou pour le diagnostic, présentent des inconvénients certains (photodestruction, faible intensité, clignotement, taille). Ceux ci peuvent être palliés en modifiant l'environnement proche de ces molécules. Dans ce travail de thèse nous avons en particulier étudié 2 aspects. Tout d'abord, un nouveau type d'imagerie de fluorescence alternative au TIRFM (Total Internai Reflection Fluorescence Microscopy) basée sur l'utilisation d'un film mince métallique. Nous avons étudié en détail, via des simulations et des expériences, l'interaction entre un film mince métallique et un fluorophore. Nous avons montré qu'une amplification du signal collecté était attendue ainsi qu'une réduction de la photodestruction. Ces résultats ont été appliqués à l'imagerie des phénomènes membranaires sur des cellules HEK. Dans une seconde partie, nous avons étudié le couplage entre une nanoparticule possédant un plasmon localisé et film mince métallique. Dans ce cas, nous avons obtenu une amplification d'un facteur 13 du signal diffusé par ces nanoparticules
The surface plasmons are collective modes of oscillation of conduction electrons at the interface metal / dielectric. Their properties are particularly interesting for applications in biosensing and bio- photonic imaging. They are associated with intense evanescents EM fields and can be coupled and positively change the emission properties of bio-marker type fluorophores or nanoparticles (NPs) of metal. Markers (fluorescent molecules, quantum dots, NPs) widely imposed in biological imaging, medicine or for the diagnosis, have some disadvantages (photodestruction, low intensity, blinking, size). These can be mitigated by changing the environment of these molecules. In this thesis we have studied particular aspects 2. First, a new type of fluorescence imaging alternative to TIRFM (Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy) based on the use of a thin metal film. We studied in detail through simulations and experiments, the interaction between a thin metal film and a fluorophore. We have shown that amplification of the signal was collected and an expected reduction of photodestruction. These results have been applied to imaging membranes phenomena on HEK cells. In a second part, we studied the coupling between nanoparticle's localized plasmon with a thin film and metal. In this case, we obtained an amplification by a factor of 13 signal scattered by these nanoparticles

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Guise, Julien. "Fabrication d’un modulateur THz à base de méta-surfaces photo-générées". Electronic Thesis or Diss., Université de Montpellier (2022-....), 2023. http://www.theses.fr/2023UMONS076.

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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
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

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Estruch, Thomas. "Extinction extraordinaire par superposition en champ proche de filtres élémentaires nanostructurés : Mise en évidence, théorie et application au filtrage infrarouge". Paris 7, 2013. http://www.theses.fr/2013PA077158.

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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
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

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Zhang, Chi. "Etude de l'interface du récepteur de la prolactine par des approches biophysiques, structurales et fonctionnelles". Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066340.

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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

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Favier-Perron, Béatrice. "L' annexine III : relation structure-fonction". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1996. http://www.theses.fr/1996ECAP0481.

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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.

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Funes-Hernando, Daniel. "Advanced gold-based nanowires : from hybrid structures to original plasmonic and optical properties". Thesis, Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018NANT4076/document.

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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
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

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Manesse, Maël. "Développement de nouvelles interfaces plasmoniques appliquées à la biodétection". Grenoble INPG, 2009. http://www.theses.fr/2009INPG0056.

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L'utilisation de techniques de détection sans marquage telles que les méthodes basées sur la résonance de plasmons de surface (SPR) et l'électrochimie représentent un enjeu très important dans le développement des capteurs miniaturisés. Dans ce travail de thèse, de nouvelles interfaces adaptées aux études SPR-électrochimique ont été développées. Ces interfaces sont formées en déposant un film mince d'oxyde sur des substrats Titane/Or (Ti/Au) classiquement utilisés en SPR. Différents types d'interfaces hybrides ont été développées, comme Ti/Au/SiOx (oxyde de silicium), Ti/Au/SnO2:Sb (oxyde d'étain dopé antimoine) et Ti/Ag/SnO2:Sb. La caractérisation de ces nouvelles couches a été menée par électrochimie, résonance de plasmons de surface et spectroscopie de photoélectrons X (XPS). Différentes étapes de chimie de surface ont été étudiées sur ces interfaces afin de montrer la possibilité de greffer de manière covalente des biomolécules comme l'ADN sur le film d'oxyde
In this research work, new interfaces adapted for surface plasmon resonance (SPR) and electrochemical studies were developed for biosensing applications. These interfaces are formed by depositing thin oxide films on Titanium/Gold (Ti/Au) substrates, classically used in SPR. Different types of hybrid interfaces were formed, such as Ti/Au/SiOx (silicon oxide), Ti/AU/SnO2:Sb (antimony doped tin oxide), and Ti/Ag/SnO2:Sb. These new interfaces were characterized by SPR,, elechemistry and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Different surfaéce chemistry approaches were investigated with the aim to covalenty link biomolecules to the oxide surface. Finally, we show the possibility of forming o localized surface plasmon resonance (L-SPR) sensing platform. It is based on the integration of gold nanoparticles into a biopolymer matrix

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Ganesan, Sivaramakrishnan. "Utilisation de la résonance plasmonique de surface pour la réalisation de capteurs appliqués au domaine phytosanitaire". Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1I059.

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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
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

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Palau, William. "Développement méthodologique en résonance plasmonique de surface et ses applications à l’étude de mécanismes régulateurs viraux". Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0091.

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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
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

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Ider, Mina. "Elaboration et caractérisation des nanomatériaux à base de métaux nobles". Thesis, Le Mans, 2017. http://www.theses.fr/2017LEMA1022/document.

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Dans ce travail de thèse, la synthèse de nanoparticules d'argent (Ag) est réalisée par une méthode simple, efficace et rapide basée sur la réduction du nitrate d'argent (AgNO3) dans un milieu organique (éthanol) sous chauffage par irradiation micro-ondes (MW) pendant quelques secondes en présence d'une émulsion aqueuse de copolymère latex. Les expériences ont été effectuées soit de manière séquentielle en faisant varier les paramètres expérimentaux les uns après les autres (approche classique) ou bien en moyennant la méthodologie des plans d'expérience qui sert à varier simultanément ces conditions expérimentales dans le but à la fois d'optimiser et d'évaluer l'impact de ces facteurs sur les propriétés physico-chimiques des particules produites. L'objectif est d'arriver à préparer un maximum de concentration en nanoparticules d'argent avec un minimum de concentration en copolymère latex et en AgNO3. Les nanoparticules préparées sont trouvées extrêmement stables en solution colloïdale avec des distributions de taille très étroites, ce qui confirme la qualité élevée et le diamètre uniforme des nanoparticules obtenues par l'approche de synthèse micro-ondes. Ceci pourrait être probablement dû à l'effet de stabilisation produit par les molécules du latex, qui est un bon environnement pour contrôler efficacement la croissance de nanoparticules métalliques d'argent. En tant que principal objectif d'une telle réalisation de la synthèse de nanoparticules d'argent par la méthode MW ouvre la voie à l'exploitation d'effets plasmoniques de surface dans des réactions photocatalytiques en utilisant des structures semi-conductrices bien définies (Bi2O3, In2O3, TiO2...)
In this thesis work, the synthesis of silver nanoparticles (Ag) is carried out by a simple, efficient and fast method based on the reduction of silver nitrate (AgNO3) in an organic medium (ethanol) under heating by micro irradiation (MW) for a few seconds in the presence of an aqueous emulsion of latex copolymer. The experiments were performed either by varying the experimental parameters one after the other (classical approach) or by means of the experimental design methodology which serves to vary simultaneously these experimental conditions in order to both optimize and evaluate the impact of these factors on the physicochemical properties of the nanoparticles. The main goal is to prepare a maximum concentration of silver nanoparticles with a minimum concentration of latex copolymer and AgNO3. The prepared nanoparticles were found to be extremely stable in colloidal solution with very narrow size distributions, which confirms the high quality and the uniform diameter of the nanoparticles obtained by the microwave synthesis approach. This could possibly be due to the stabilizing effect produced by the latex molecules, which is a good environment for effectively controlling the growth of metallic silver nanoparticles. As the main objective of such realization of the silver nanoparticle synthesis by the MW method opens the way to the exploration of surface plasmonic effects in photocatalytic reactions using well-defined semiconducting structures (Bi2O3 , In2O3, TiO2 ...)

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Corne, Christelle. "Etude des interactions entre protéines et lésions de l'ADN par résonance plasmonique de surface par imagerie (SPRI)". Grenoble, 2010. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00505298.

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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
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

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Florent, Tiphaine. "Caractérisation d’inhibiteurs d’anhydrase carbonique IX, études de complexes supramoléculaires et interactions moléculaires par résonance plasmonique de surface". Thesis, Lille 2, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL2S057/document.

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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 (-, - et - CDs, hydroxypropyle HP--CD, méthyle Me--CD ou amino NH2--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
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 -, - and - CDs, hydroxypropylated HP--CD, methylated Me--CD or amino NH2--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

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Yang, Peng. "Optical and electronic properties of individual and self-organized gold nanoparticles studied by the discrete dipole approximation method and scanning tunneling microscopy/spectroscopy". Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066551.

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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.

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Wang, Xiaoli. "Photo-induced ultrafast optical and thermal responses of gold nanoparticles". Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066195.

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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
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

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Valamanesh, Mehrnoush. "Elaboration et étude des propriétés optiques et structurales des nanoparticules métalliques". Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066541.

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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.

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Aoudjit, Thinhinane. "Etude des propriétés optiques de nanostructures chirales par imagerie photochimique". Electronic Thesis or Diss., Troyes, 2022. http://www.theses.fr/2022TROY0008.

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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
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

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Khlopin, Dmitry. "Aluminum plasmonics for optical applications". Thesis, Troyes, 2017. http://www.theses.fr/2017TROY0034.

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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
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

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Lamri, Gwénaëlle. "Contrôle optique de la photoluminescence de nanosources hybrides". Thesis, Troyes, 2018. http://www.theses.fr/2018TROY0030.

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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
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

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Stockhausen, Verena. "Modulation of material properties using Nanoelectrochemistry : from active plasmonic devices and photovoltaic systems to ultrathin electroactive layers". Paris 7, 2011. http://www.theses.fr/2011PA077071.

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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
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

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Tallet, Estelle. "Etude de la dynamique d'activation du récepteur de la prolactine par des approches biophysiques, structurales et fonctionnelles". Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066533.

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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.

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Bayle, Maxime. "Architectures plasmoniques enterrées : élaboration, propriétés optiques et applications". Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2664/.

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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
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

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Salvaggio, Ermelinda. "Nanoparticles of Nitride-based Materials for Plasmonics and Lossy-mode Resonance". Electronic Thesis or Diss., Troyes, 2022. http://www.theses.fr/2022TROY0011.

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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
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

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Gehan, Hélène. "Nano-structuration de substrats à points chaud contrôlés : application à la diffusion Raman exaltée de surface". Paris 7, 2010. http://www.theses.fr/2010PA077196.

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Streszczenie:

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
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

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Rozprawy doktorskie na temat „Résonance plasmonique de surface localisée”

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