Les nanostructures biophotoniques multidimensionnelles suscitent un intérêt croissant dans le domaine des biosenseurs, de l’imagerie biomédicale, des dispositifs implantables ou encore des thérapies à distance. Cette thèse explore leur conception par auto-assemblage de nanoclusters d’or atomiquement définis (AuNCs), une nouvelle classe de particules ultra-petites (<3 nm) à photoluminescence modulable de l’UV à l’infrarouge proche (370–1300 nm), dotées d’une grande photostabilité et biocompatibilité. Leurs propriétés optiques varient selon leur organisation en superstructures 1D, 2D ou 3D, ouvrant la voie à des applications biophotoniques avancées. La nanotechnologie de l’ADN permet de guider l’auto-assemblage de nanomatériaux avec une précision sub-nanométrique, de structures simples à des architectures complexes de type origami ADN. L’ADN constitue ainsi un échafaudage idéal pour organiser des AuNCs en structures multidimensionnelles.
Ce travail relève le défi de la conjugaison ADN–AuNCs avec une stoechiométrie maîtrisée, via diverses stratégies chimiques permettant de fixer un nombre exact de brins d’ADN par cluster. Nous avons conçu des AuNCs de tailles définies (Au₁₈, Au₂₅, Au₂₅₀) émettant dans les gammes NIR-I et NIR-II, fonctionnalisés ces édifices par l’ADN par ingénierie de ligands, avant de les caractériser par spectroscopies optiques, spectrométrie de masse, chromatographie liquide et électrophorèse sur gel.
Par hybridation sélective, nous avons obtenu des assemblages 1D, 2D et 3D (dimères, trimères, tétraèdres) à distances inter-particulaires contrôlées, avec un haut rendement et une bonne reproductibilité. Ces superstructures ont été étudiées par électrophorèse, chromatographie d’exclusion stérique, microscopie électronique, diffusion dynamique de la lumière et spectroscopies optiques. En outre, nous avons exploré plusieurs stratégies chimiques pour le marquage de structures d’ADN de grande dimension, telles que des origamis d’ADN et des nanostructures hybrides à base d’ADN— à la fois en intégrant les blocs AuNC–ADN développés dans cette étude et via des méthodes de conjugaison directe telles que la chimie click.
​ En conclusion, cette recherche établit une base solide pour la préparation de nouvelles nanoarchitectures biophotoniques multidimensionnelles, de compositions et de tailles précises et maitrisées, offrant de nouvelles perspectives et applications comme agents théranostiques.​​​
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Contact : Didier Gasparutto

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