Propri´t´s optiques des nanoparticules
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        Masure Pierre - Brix Nicolas
               PROJET BAC2
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En quelques mots...

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contexte, il apparaˆ int´ressant de se ...
Table des mati`res
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1 Introduction                                                                        ...
Chapitre 1

Introduction

1.1     Avant-propos
    Les nanosciences d´signent l’´tude des ph´nom`nes et la manipulation
  ...
1.3     Aspect ´conomique
               e
   Bien que le -pourtant r´cent- march´ des nanotechnologies soit d´j` im-
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frarouges, on obtient un verre isolant, beaucoup plus efficace que le double
vitrage conventionnel.

Mat´riaux autonettoyant...
Chapitre 2

Etude th´orique des
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propri´t´s optiques
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Les nanocristaux de semiconducteurs, aussi appel...
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Fig. 2.2 – Spectre d’´mission mesur´ ` basse temp´rature (10 K) pour un
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Chapitre 3

Application des
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biotechnologie

La biotechnolgie, connue pour ses applica...
nostructures particuli`rement int´ressantes pour le tra¸age intracellulaire et
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La premi`re application des QDs en tant que marqueurs dans l’imagerie
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biologique fut r´alis´e par le groupe ...
Fig. 3.2 – Principales voies de biofonctionnalisation des nanoparticules semi-
conductrices de type CdSe/ZnS


de QDs dans...
Fig. 3.3 – D´pistage de tumeurs
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cellules canc´reuses sont invasives et fortement mob...
sondes de diff´rentes couleurs ` diff´rentes prot´ines, il est d´sormais d´j`
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Chapitre 4

Exp´rience : Colorim´trie
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    Dans cette partie sont expos´s nos propres r´sultats, pr´...
Le couple (x,y) ainsi calcul´ est caract´ristique de la couleur de l’´chantillon.
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– un d´tecteur ´lectronique dont la r´ponse est proportionnelle ` ce cou-
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– nanoparticule de 2,8 nm (abs. indiqu´ : 380 nm ; mesur´ : 402 nm) :
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Chapitre 5

Conclusion

    S’il est essentiellement descriptif, ce travail nous a offert la possibilit´
                  ...
Bibliographie

[1] BROKMANN X.(ENS), HERMIER J.-P.(JUSSIEU), DESBIOLLES
    P.(ENS), DAHAN M.(ENS), Des nanosources de lum...
Annexe




         Fig. 5.1 – Donn´es Aldrich
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Propriétés optiques des nanoparticules.

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  1. 1. Propri´t´s optiques des nanoparticules ee Masure Pierre - Brix Nicolas PROJET BAC2 PROMOTEUR: Prof. Wautelet M. 7 Mai 2007
  2. 2. En quelques mots... Depuis peu, les nanotechnologies sont en plein essor. Dans ce contexte, il apparaˆ int´ressant de se familiariser avec cette nou- ıt e velle branche des sciences appliqu´es qui ` moyen terme fera par- e a tie int´grante du paysage technologique. Dans cette optique, et e dans le cadre de notre projet de seconde bachelier, nous nous sommes pench´s dans un premier temps sur les nanotechnolo- e gies en g´n´ral, puis nous nous sommes concentr´s sur un sujet e e e particulier : les propri´t´s optiques des nanocristaux semiconduc- e e teurs, th`me qui illustre bien la non-validit´ des lois du monde e e macroscopique appliqu´es au monde nanom´trique. Ce rapport e e pr´sente successivement une introduction g´n´rale sur les nano- e e e technologies, une ´tude th´orique des propri´t´s optiques des na- e e e e noparticules semiconductrices, l’application de ces propri´t´s ` e e a l’imagerie biom´dicale, et enfin une partie exp´rimentale. Cette e e derni`re fournit les r´sultats d’une analyse spectrom´trique de e e e diff´rentes solutions contenant des nanocristaux de sulfure de cad- e mium (CdS). A travers ces exp´riences, on constate que la couleur d’une so- e lution de nanoparticules semiconductrices varie avec la taille des cristaux. Cette propri´t´ d´coule de l’aptitude de ces particules e e e ` absorber la lumi`re en-dessous d’une certaine longueur d’onde a e fix´e par leur dimension, et ` r´´mettre par fluorescence une e a ee lumi`re quasi-monochromatique dont la longueur d’onde corres- e pond au seuil d’absorption. Sous ´clairage UV, on peut donc ob- e tenir toute la palette du spectre visible en ajustant la taille des cristaux. Cette propri´t´, associ´e ` d’autres comportements int´ressants, e e e a e fait de ces nanosemiconducteurs des fluorophores particuli`rement e bien adapt´s pour des applications allant de l’opto´lectronique ` e e a l’imagerie biom´dicale. On peut notamment les utiliser comme e marqueurs sp´cifiques pour la localisation de tumeurs et ainsi e faciliter le d´pistage de cancers. A terme, le d´veloppement de e e cette nouvelle technique de marquage biologique permettra d’en apprendre davantage sur l’organisme humain, rendant possible le suivi en temps r´el de processus physiologiques in vivo. Sans nul e doute, ces fluorophores d’un nouveau type rendront de nombreux services ` la biom´decine de demain. a e 1
  3. 3. Table des mati`res e 1 Introduction 3 1.1 Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Bref historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3 Aspect ´conomique . . . . . e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4 Top-down versus bottom-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.5 Il y a nano et nano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.6 Applications ` venir . . . . a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 Etude th´orique des propri´t´s optiques e e e 6 3 Application des nanoparticules ` la biotechnologie a 11 3.1 Application ` l’imagerie du monde vivant . . . . . . . . . . . 12 a 3.2 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4 Exp´rience : Colorim´trie e e 17 4.1 Le point de couleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4.2 Appareillage : le spectrom`tre . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 e 4.3 R´sultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 e 5 Conclusion 22 Bibliographie 23 2
  4. 4. Chapitre 1 Introduction 1.1 Avant-propos Les nanosciences d´signent l’´tude des ph´nom`nes et la manipulation e e e e des mat´riaux ` l’´chelle nanom´trique. Les nanotechnologies sont les appli- e a e e cations d´coulant de ces travaux. Si l’id´e de manipuler la mati`re ` si petite e e e a ´chelle n’est pas nouvelle, elle est aujourd’hui sur le devant de la sc`ne ; une e e ’nanotendance’ g´n´ralis´e s’installe et de larges budgets sont consacr´s ` e e e e a ces recherches. Bien qu’on assiste d’ores et d´j` ` la commercialisation de eaa produits mettant en oeuvre les nanotechnologies, les applications majeures restent cependant ` venir et ne sont encore pour la plupart que des vues de a l’esprit. Constituant donc un secteur tr`s prometteur, les nanotechnologies e conduiront tr`s certainement ` de nombreuses avanc´es technologiques, et ce e a e dans tous les domaines. De nombreux scientifiques sont tr`s enthousiastes ` e a propos des nanotechnologies et les voient comme une r´volution en devenir e dont l’impact sur notre quotidien sera bien visible d’ici quelques ann´es, si e toutefois l’on peut parler de visible ` des dimensions aussi r´duites.[2] a e 1.2 Bref historique D`s 1959, cette id´e de manipuler la mati`re atome par atome voit le e e e jour. En 1981, le microscope a effet tunnel permet de visualiser ces atomes et ` en 1990, un chercheur d’IBM s’en sert pour ´crire les 3 initiales de la firme en e disposant des atomes un par un. Entretemps, en 1985, les c´l`bres fuller`nes ee e (C60 ) ont ´t´ d´couverts et en 1991, les nanotubes de carbone entrent ` leur ee e a tour dans l’histoire. Depuis lors, dans le monde entier, des programmes de recherche ont ´t´ lanc´s et dans tous les domaines, des avanc´es prometteuses ee e e sont annonc´es. e 3
  5. 5. 1.3 Aspect ´conomique e Bien que le -pourtant r´cent- march´ des nanotechnologies soit d´j` im- e e ea portant, on en attend surtout une croissance tr`s rapide dans les prochaines e ann´es. Bien plus rapide, par exemple, que le march´ de l’informatique. e e Aujourd’hui, on compte 1500 entreprises dans le monde effectuant des re- cherches sur les nanotechnologies. La R´gion Wallonne s’implique elle aussi, e pour un effectif de 400 chercheurs et un budget de 35 millions d’euros. 1.4 Top-down versus bottom-up Jusqu’ici, la technologie a privil´gi´ l’approche top-down, celle de la mi- e e niaturisation progressive ; qui part des grandes dimensions et s’attache ` les a r´duire le plus possible. Cette approche n’est plus possible ` l’´chelle du e a e nanom`tre. En effet, ` ces dimensions, les lois de la physique classique ne e a sont plus applicables, plus pr´cis´ment ` cause du nombre restreint de par- e e a ticules et donc de la primaut´ des propri´t´s surfaciques sur les propri´t´s e ee ee volumiques. Il faut donc partir du bas, de l’atome, pour remonter ` l’´chelle a e des nanoparticules : c’est l’approche bottom-up. On fait pour cela appel ` a la physique quantique, qui n´cessite de tr`s longs calculs d`s que le nombre e e e d’atomes grandit. C’est vers ce concept qu’on tend d´sormais ` se diriger, et e a c’est ce qui singularise la nanoscience sur les techniques ayant donn´ lieu aux e avanc´es ant´rieures ; plutˆt que de r´duire les dimensions d’un assemblage e e o e donn´, on construit atome par atome le composant souhait´. e e 1.5 Il y a nano et nano Il est important cependant de souligner que toutes les applications com- merciales actuelles des nanotechnologies sont issues de l’approche top-down. De plus, la plupart des produits labellis´s nano ne sont en r´alit´ que des e e e am´liorations de propri´t´s de produits existants. On peut ainsi citer le ren- e ee forcement de raquettes ou de cadres de v´lo par des nanotubes de carbone, e l’apparition de tissus et de verres autonettoyants, l’intensification de l’effet d’un cr`me de soins, etc. e 1.6 Applications ` venir a Des plus imminentes aux plus futuristes, voici une pr´sentation suc- e cincte des principales applications des nanotechnologies, lesquelles viendront a ` moyen et long terme prendre une place importante dans notre quotidien. Verres isolants En disposant sur une vitre une couche nanom´trique e d’´paisseur telle qu’elle laisse passer le spectre visible mais bloque les in- e 4
  6. 6. frarouges, on obtient un verre isolant, beaucoup plus efficace que le double vitrage conventionnel. Mat´riaux autonettoyants Si on structure la surface d’un mat´riau de e e telle sorte que celle-ci soit constitu´e d’un r´seau de nanopiliers, le mat´riau e e e r´sultant est autonettoyant ; c’est l’effet lotus. L’eau et les poussi`res glissent e e sur la surface sans y adh´rer. Cette application est int´ressante pour les e e pare-brises de voiture, rendant inutiles les essuie-glaces. Nano-´lectronique La miniaturisation constante des composants infor- e matiques a permis jusqu’ici de doubler le nombre de transistors d’une puce en un an et demi ` deux ans, et ce depuis 1970. Cela implique ´videmment a e de diminuer la taille de ces transistors, processus ayant une limite technique. La nano-´lectronique con¸oit et fabrique des mol´cules jouant ` elles seules e c e a le rˆle de composants ´lectroniques. Une autre approche consid`re les pro- o e e pri´t´s ´lectroniques particuli`res de nanoparticules. Le d´fi est cependant ee e e e ardu et la r´alisation technologique devra encore attendre. e L’ascenseur spatial L’ascenseur spatial, c´l`bre fantasme de nombreux ee scientifiques, devrait ˆtre constitu´ d’un cˆble de 36000 km fait d’un mat´riau e e a e aussi extrˆmement r´sistant qu’extrˆmement l´ger. Les nanotubes de car- e e e e bone pourraient r´pondre ` ces attentes. e a Secteur biom´dical Les nanoparticules magn´tiques sont d´tectables par e e e IRM. Si on leur adjoint certaines mol´cules biologiques sp´cifiques (= cap- e e teurs) et qu’on les injecte dans le sang d’un patient, ces nanoparticules vont se fixer sur les cellules d´sir´es, en fonction du capteur choisi. On peut e e ainsi localiser des tumeurs. Mais on peut aller plus loin : en soumettant les nanoparticules magn´tiques (fix´es ` des cellules canc´reuses) ` une onde e e a e a ´lectromagn´tique, ces derni`res vont bouger et chauffer, et quelques degr´s e e e e suffisent pour tuer la cellule, qui disparaˆ Une approche diff´rente consiste ıt. e a ` encapsuler un principe actif dans une nanoparticule creuse (par ex. du C60 ) et ` lui adjoindre des mol´cules servant de capteurs. Une fois au contact de a e la cellule, la nanoparticule, munie d’une enveloppe similaire ` une membrane a cellulaire, fusionne avec celle-ci et d´livre le m´dicament. e e Jouer ` Dieu ? En 1986, dans son livre ’Engins de cr´ation’, Eric Drexler a e lance l’id´e de nanorobots capables de reconstituer n’importe quelle struc- e ture (de la mol´cule ` la voiture) simplement en assemblant les atomes e a requis. Ce concept passionne et effraie. Quoi qu’il en soit, et mˆme si c’est e dans cette direction que l’on va actuellement, litt´ralement jongler avec les e atomes n’est ni pour demain ni pour apr`s-demain. La discussion reste donc e ouverte.[3] 5
  7. 7. Chapitre 2 Etude th´orique des e propri´t´s optiques e e Les nanocristaux de semiconducteurs, aussi appel´s Quantum Dots e (points ou boˆ ıtes quantiques) illustrent les progr`s spectaculaires e r´alis´s dans la synth`se des nanomat´riaux. Leurs propri´t´s phy- e e e e e e siques particuli`res, interm´diaires entre celles des mondes ato- e e mique et macroscopique, sont domin´es par des effets de confine- e ment quantique des porteurs de charge et d´pendent crucialement e de leur taille qui peut ˆtre ajust´e entre 2 et 10 nm. Eclair´s en e e e ultraviolet, ces nanocristaux ´mettent de la lumi`re dont la cou- e e leur varie en fonction de leur taille. Il devient ainsi possible de fabriquer toute la palette des couleurs. Dot´s de cette propri´t´, e e e les nanocristaux de semiconducteurs peuvent par exemple ˆtre uti- e lis´s comme marqueurs luminescents de syst`mes biologiques pour e e suivre l’´volution de processus divers dans les cellules vivantes, ou e encore comme marqueurs d’objets et de produits commerciaux.[1] Les nanocristaux doivent leurs propri´t´s optiques particuli`res ` e e e a la nature semiconductrice de leurs composants associ´e ` la taille e a nanom´trique de leur coeur. Un semiconducteur (non dop´) pr´sente e e e une bande de valence, pleine, et une bande de conduction, vide, s´par´es par e e une bande interdite, le gap, de largeur Eg . Il est possible de transf´rer un ´lectron de la bande de valence ` la bande e e a de conduction et ainsi de cr´er un trou dans la bande de valence. Dans toute e structure semiconductrice (massive ou nanom´trique), l’absorption d’un ou e plusieurs photons est susceptible de cr´er des paires ´lectrons trous, com- e e mun´ment appel´es excitons1 . Dans le cas d’un semiconducteur massif, la e e 1 paire ´lectron-trou :paire de porteurs non li´s ` un atome et donc aptes ` se d´placer e e a a e dans l’ensemble du cristal o` ils sont apparus et dont l’un est n´gatif(´lectron dans la u e e 6
  8. 8. Fig. 2.1 – (a) Nanocristal de CdSe (Quantum Dot). (b) Gap ´lectronique e coh´sion des excitons est uniquement due ` l’interaction coulombienne. L’ex- e a citon a donc une ´nergie inf´rieure au gap du semiconducteur massif. Ceci e e est dˆ au fait que l’exciton ne poss`de pas une ´nergie suffisante pour pas- u e e ser dans la bande de conduction, il se situe par cons´quent dans la bande e interdite. La fluorescence correspond ` la recombinaison radiative d’un exciton par a ´mission d’un photon d’´nergie ´gale ` la diff´rence d’´nergie entre l’´tat e e e a e e e excit´ et l’´tat fondamental. L’exc`s d’´nergie hνexc − hνf luo est evacu´ e e e e e sous forme de chaleur. La fluorescence est donc d’autant plus probable que la temp´rature est faible. Du fait que l’´nergie excitonique pour un semi- e e conducteur massif est inf´rieure ` l’´nergie du gap, ce dernier ne peut ´mettre e a e e par fluorescence. Par ailleurs, l’´lectron et le trou constituent un syst`me hydrog´no¨ dont e e e ıde le rayon de Bohr est donn´ par : e me aexc = ǫ a0 m∗ o` me , ǫ, a0 sont respectivement la masse de l’´lectron, la permittivit´ du se- u e e miconducteur massif et le rayon de Bohr de l’atome d’hydrog`ne.[7] La masse e m∗ m∗ r´duite de l’exciton est donn´e par m∗ = m∗e h∗ o` m∗ et m∗ d´signent e e u e h e e +mh les masses r´duites respectives de l’´lectron et du trou. Le rayon de Bohr e e d´pend du semiconducteur consid´r´. Pour le s´l´niure de cadmium CdSe e ee ee par exemple, ce rayon de Bohr est ´gal ` 5,6 nm. Le rayon du coeur de CdSe e a des nanocristaux est compris entre 1 et 5 nm. Il est donc plus petit que le rayon de Bohr : on parlera alors de confinement fort des porteurs de charge. Dans un semiconducteur de taille nanom´trique, le confinement des paires e ´lectron-trou est donc dˆ aux dimensions r´duites du nanocristal. Cet effet e u e se traduit par une ´nergie de confinement ∝ 1/a2 qui s’ajoute au potentiel e attractif coulombien ∝ 1/a. En fonction des dimensions, on distingue donc deux r´gimes de confinement : e – Le r´gime de confinement faible pour a > aexc , : l’effet liant de l’in- e teraction coulombienne domine l’effet du confinement quantique qui bande de conduction) et l’autre positif(absence d’´lectron dans la bande de valence). e 7
  9. 9. peut ˆtre trait´ comme un perturbation. Ce r´gime est observ´ dans e e e e la plupart des boˆ quantiques ´pitaxi´es2 . ıtes e e – Le r´gime de confinement fort pour a < aexc , o` l’effet du confine- e u ment quantique est pr´pond´rant. L’interaction coulombienne n’est e e alors trait´e que comme une correction. Le confinement fort se traduit e par l’apparition de niveaux d’´nergie excitoniques discrets situ´s en e e bas de la bande de conduction (niveaux ´lectroniques) et au sommet e de la bande de valence (niveaux de trous). Contrairement au cas du mat´riau massif, l’´nergie d’un exciton est alors e e sup´rieure au gap. L’´nergie des excitons et l’´cart entre niveaux excito- e e e niques sont d’autant plus importants que la taille du nanocristal est faible. C’est en particulier le cas des niveaux qui d´terminent le gap. En premi`re e e approximation, le gap Eg de nanocristaux sph´riques est donn´ par la for- e e mule : 2π2 1 1 1, 8e2 1 solide Eg = Eg + ( + ∗ )− 2a2 m∗ me mh me e 4πǫǫ0 a . Dans cette ´quation, le premier terme Eg e solide correspond au gap du cris- tal massif. Le deuxi`me terme en 1/r e 2 dit de confinement quantique est cal- cul´ dans l’hypoth`se d’un nanocristal sph´rique o` sont confin´s un ´lectron e e e u e e et un trou de masses effectives3 respectives m∗ et m∗ (sans dimension). e h repr´sente le quantum de moment cin´tique. Le dernier terme de l’´quation e e e correspond ` l’attraction coulombienne entre l’´lectron et le trou. a e ǫ est la permittivit´ di´lectrique statique du mat´riau relative ` celle du e e e a vide ǫ0 , e correspond ` la charge ´lectrique de l’´lectron (-1.602·10−19 C). Ce a e e ph´nom`ne est d’autant plus marqu´ que le rayon est faible (variation en e e e 1/a2 ). Comme constat´ pr´c´demment, l’exciton se d´sexcite au bout d’un e e e e temps de l’ordre de la ps, de mani`re radiative entre les niveaux fondamen- e taux de l’´lectron et du trou en ´mettant un photon dit de fluorescence. Ce e e photon poss´de la mˆme ´nergie Er de recombinaison entre les niveaux fon- e e e damentaux de l’´lectron et du trou associ´, chacun ´tant confin´ dans son e e e e puits quantique. Une large plage d’´nergies de gap peut ainsi ˆtre couverte e e en utilisant diff´rents semiconducteurs. On peut donc couvrir une gamme e spectrale relativement large allant du proche infrarouge au proche ultravio- let. Cette d´sexcitation radiative ou recombinaison, est caract´ris´e par une e e e ´nergie de recombinaison sup´rieure ` l’´nergie du gap Eg du cristal macro- e e a e scopique, le photon ´mis a une ´nergie ´gale ` la diff´rence d’´nergie entre e e e a e e l’´tat excit´ et l’´tat fondamental : E = hν = Eg + Ef ond e e e cond + E val . De plus, f ond 2 L’´pitaxie est une technique de croissance orient´e, l’un par rapport ` l’autre, de deux e e a cristaux poss´dant un certain nombre d’´l´ments de sym´trie communs dans leurs r´seaux e ee e e cristallins. 3 La masse effective est un facteur correctif ` appliquer ` la masse de l’´lectron libre a a e pour tenir compte de la courbure des bandes de valence et de conduction au voisinage du gap d’´nergie. e 8
  10. 10. l’´cart d’´nergie Er entre les niveaux fondamentaux augmente lorsque la e e longueur caract´ristique de la ”boˆ quantique” diminue. Ainsi, les photons e ıte ´mis poss`dent une ´nergie plus grande lorsque le rayon du cristal diminue. e e e Comme E = hν = hc , la longueur d’onde ´mise diminue avec le rayon. λ e Cette ´nergie de recombinaison ´tant invariable pour les photons ´mis, il e e e est ´vident que le spectre d’´mission de fluorescence des nanocristaux se e e compose d’un seul pic tr`s ´troit et ce, ind´pendamment de l’´nergie Ee e e e e d’excitation. La position du pic d´pend de l’´nergie de recombinaison. Er d´pendant de e e e la taille du cristal, la position du pic varie donc aussi avec la taille de la particule. Ainsi, plus la particule est petite, plus la longueur d’onde dimi- nue (d´calage vers le bleu). L’absorption de photons est possible pour des e ´nergies sup´rieures ` l’energie de recombinaison. En-dessous d’une longueur e e a d’onde caract´ristique, le nanocristal absorbera la lumi`re. Le spectre d’ab- e e sorption d’une solution de nanocristaux est donc similaire ` celui d’un solide. a Par contre, son spectre d’´mission sera proche d’une assembl´e d’atomes e e identiques, on parle d’ailleurs d’‘atome artificiel’. Le spectre sera centr´ au- e tour d’une longueur d’onde proche de la plus petite longueur d’onde d’ab- sorption. Sa largeur se situe entre 20 et 30 nm. D`s lors, on peut exci- e ter des nanocristaux de tailles diff´rentes avec une seule longueur d’onde e afin d’obtenir des longueurs d’onde d’´mission respectivement diff´rentes. e e Ce r´sultat reste inaccessible aux colorants usuels. Toutefois, lorsque l’on e observe l’´mission collective de QDs, on constate que cette ´mission est dis- e e tribu´e sur une gamme spectrale tr`s large, typiquement cent mille fois plus e e large que pour un atome ! D’o` cela vient-il ? On se doute que les fluctua- u tions de taille de boˆ ` boˆ sont partiellement responsables de ce r´sultat. ıte a ıte e Pour confirmer cette hypoth`se et connaˆ les propri´t´s intrins`ques des e ıtre ee e boˆ quantiques, il faut isoler et ´tudier une boˆ quantique unique. ıtes e ıte Partant d’un plan de boˆ ıtes quantiques, on va graver celui-ci de fa¸on ` c a d´finir des plots, dont la taille est de l’ordre de 100 nanom`tres, et qui e e ne contiennent que quelques boˆ ıtes, voire une seule boˆ ıte. Lorsque l’on r´alise cette exp´rience, on peut observer un spectre d’´mission constitu´ e e e e de quelques raies spectrales tr`s fines, qui correspondent chacune ` une e a boˆ quantique sp´cifique (voir la figure 2.2). Ce comportement, observ´ ıte e e a ` basse temp´rature (T < 10K), est bien conforme ` ce qu’on attend pour e a cet ”atome artificiel” que constitue chaque boˆ quantique. On peut r´aliser ıte e de mˆme des exp´riences d’absorption sur des boˆ quantiques isol´es. De e e ıtes e mˆme que l’´tude des raies d’absorption associ´es au milieu interstellaire e e e renseigne l’astronome sur la composition de celui-ci, cette exp´rience per- e met d’observer des raies d’absorption tr`s fines pour les boˆ quantiques, e ıtes de sonder les ´tats excit´s de l’´lectron confin´, et de mieux connaˆ e e e e ıtre la forme et les dimensions de la boˆ ´tudi´e. ıte e e Une boˆ quantique ´met donc ` basse temp´rature, comme un atome, ıte e a e un rayonnement de tr`s faible largeur spectrale. Malheureusement, on perd e 9
  11. 11. Fig. 2.2 – Spectre d’´mission mesur´ ` basse temp´rature (10 K) pour un e ea e ensemble de boˆ quantiques (` gauche) et pour une boˆ quantique isol´e, ıtes a ıte e a ` droite. On notera que l’´chelle des ´nergies est environ 100 fois plus petite e e pour le spectre de la boˆ unique. ıte cette propri´t´ tr`s s´duisante d`s qu’on d´passe une temp´rature sup´rieure ee e e e e e e a ` une centaine de Kelvin. A temp´rature ambiante (300 K), la raie d’´mission e e observ´e pour une boˆ unique est voisine de 10 meV (soit environ kT /2), e ıte ce qui est comparable ` la largeur de raie observ´e pour un puits quantique. a e On est donc ici tr`s loin de l’image de l’atome artificiel. Plus on ´l`ve la e ee temp´rature, plus les vibrations des atomes constituant le cristal semicon- e ducteur sont importantes. Ces vibrations cristallines viennent perturber le syst`me ´lectronique et de ce fait ´largissent l’´mission associ´e ` une boˆ e e e e e a ıte unique. Ce r´sultat, qui n’a ´t´ d´couvert que relativement r´cemment, nous e ee e e montre donc que l’image de l’atome artificiel isol´ n’est pas du tout valide ` e a haute temp´rature. Les QDs sont par cons´quent fortement coupl´s ` leur e e e a environnement. Au-del` de son importance conceptuelle, ce r´sultat remet en a e question certaines applications envisag´es pour les boˆ quantiques telles e ıtes que les applications dans le domaine des lasers.[5] 10
  12. 12. Chapitre 3 Application des nanoparticules ` la a biotechnologie La biotechnolgie, connue pour ses applications m´dicales et agri- e coles, se concentre de plus en plus sur l’´laboration de mat´riaux e e innovants et de machines biologiques aux fonctions, structures et destinations d’une ´tonnante diversit´, et l’av`nement de la nano- e e e technologie est venu acc´l´rer cette tendance. En imitant la nature, ee les chercheurs con¸oivent des structures mol´culaires radicalement nouvelles c e qui peuvent servir de base a la production de nouveaux mat´riaux et de ` e machines mol´culaires sophistiqu´es. Les biologistes sp´cialistes de la nano- e e e technologie ont commenc´ ` exploiter les possibilit´s d’autoassemblage des ea e mol´cules comme instrument de fabrication de nouvelles nanostructures bio- e logiques telles que les nanotubes pour le coulage de m´taux, les nanov´sicules e e pour l’encapsulation de m´dicaments et les r´seaux de nanofibres pour la e e r´g´n´rescence tissulaire. Ces biologistes sont en train de mettre au point e e e toutes sortes de nanoparticules et de nanodispositifs d’` peine quelques mil- a limicrom`tres de diam`tre, lesquels sont destin´s ` am´liorer le d´pistage e e e a e e de cancers, ` stimuler la r´ponse immunitaire et ` bloquer l’ath´roscl´rose. a e a e e Une meilleure compr´hension de ces ph´nom`nes pourrait permettre, un e e e jour, de r´parer divers organes ou de rajeunir la peau, d’accroˆ e ıtre les ca- pacit´s humaines, bref, de r´aliser divers accomplissements consid´r´s au- e e ee jourd’hui comme impossibles. L’incorporation de mat´riel biologique aux e nanoparticules de semiconducteur ainsi qu’aux nanoparticules m´talliques e ´largit de mani`re consid´rable le domaine d’activit´ li´ ` la biophotonique, e e e e ea notamment dans le secteur de l’imagerie optique, des biotraceurs et de la th´rapeutique. Comme vous pouvez l’imaginer, certaines retomb´es techno- e e logiques sont principalement li´es ` l’objet de cette ´tude. La similitude en e a e taille entre les nanomat´riaux et les biomol´cules courantes rendent ces na- e e 11
  13. 13. nostructures particuli`rement int´ressantes pour le tra¸age intracellulaire et e e c id´ales pour la combinaison biologique. La suite de cette partie pr´sentera e e quelques exemples de nanostructures ayant ´t´ int´gr´s avec succ`s dans ee e e e des probl`mes li´s ` la biotechnologie. Nous focaliserons ce travail sur les e e a nanoparticules de semiconducteur, mais des informations concernant les ap- plications biom´dicales de nanoparticules m´talliques et magn´tiques pour- e e e ront ˆtre trouv´es ailleurs[8]. Nous d´crirons l’usage des QDs en tant que e e e marqueurs fluorescents dans l’imagerie biom´dicale. Un exemple de nano- e particules m´talliques sera aussi pr´sent´ afin de pouvoir le comparer aux e e e nanoparticules de semiconducteurs dans les applications biologiques. 3.1 Application ` l’imagerie du monde vivant a Comme on l’a d´crit pr´c´demment, la taille nanom´trique des e e e e quantum dots implique le confinement quantique des porteurs de charge. Pour rappel, les particules se pr´sentent d`s lors comme e e des sources de lumi`re de longueur d’onde accordable, tr`s brillantes, e e photostables. Elles pr´sentent de plus un spectre d’´mission tr`s e e e ´troit(25-35 nm). Ces particules d´passent donc de loin les pos- e e sibilit´s des fluorophores organiques actuels. Ce spectre tr`s ´troit e e e permet la d´tection simultan´e de plusieurs fluorophores par excitation lu- e e mineuse avec une source de lumi`re unique. La dur´e de vie de la photolumi- e e Fig. 3.1 – Marquage de fibroblastes nescence est par ailleurs relativement longue (20-50 ns), ce qui nous permet l’imagerie de cellules vivantes sans interf´rer avec l’autofluorescence de fond. e La stabilit´ face au photoblanchiment1 et le large rapport surface sur vo- e lume rendent les QDs sup´rieurs aux fluorophores actuels, ceci aussi bien e sur le plan de la sensibilit´ de la d´tection que sur l’analyse ` long terme des e e a processus biologiques. Nous pr´sentons dans ce qui suit quelques exemples e d’applications de ces fluorophores en tant que marqueurs biologiques. 1 Perte de fluorescence d’une mol´cule. La mol´cule ` l’´tat excit´ peut soit ´mettre un e e a e e e photon, soit ˆtre engag´e dans une r´action photochimique qui va empˆcher son retour ` e e e e a un ´tat excitable.[7] e 12
  14. 14. La premi`re application des QDs en tant que marqueurs dans l’imagerie e biologique fut r´alis´e par le groupe Alivistos qui a r´ussi l’authentification e e e multicouleur de fibroblastes 3T3 sur des souris(3.1). Du fait que les particules de CdSe/ZnS sont insolubles dans les solvants polaires et toxiques, une co- quille de silicium a ´t´ intentionnellement fix´e sur les nanocristaux. Puisque ee e les processus biologiques se d´roulent dans un environnement aqueux, il est e n´cessaire de rendre hydrophile la surface des QDs. Cette coquille est par e ailleurs recouverte de ligands : Ces mol´cules, souvent de nature organique, e servent ` faire le pont entre l’environnement aqueux et les nanoparticules a tout en maintenant leurs propri´t´s de fluorescence et en contenant des ee groupes r´actifs pour leur fonctionnalisation ult´rieure. e e Une autre m´thode est celle utilis´e par le groupe Alivistos, m´thode four- e e e nissant les meilleurs r´sultats. Dans cette approche de solubilisation, r´alis´e e e e avec des polym`res (Qdots Corp., Etats-Unis), on conserve les ligands hy- e drophobes de surface et on rajoute des mol´cules amphiphiles. La partie e hydrophobe de ces mol´cules vient se lier aux ligands tandis que la partie e hydrophile est expos´e au solvant. e Le couplage ult´rieur des nanocristaux solubilis´s ` des mol´cules biolo- e e a e giques fait intervenir l’arsenal (3.2) des techniques de bioconjugaison2 . La premi`re m´thode de biofonctionnalisation concerne l’´change du ligand3 e e e d’origine par des tensio-actifs bifonctionnels comportant une extr´mit´ hy- e e drophile et une extr´mit´ capable de se lier ` une coquille ZnS. Les thiols e e a (-SH) sont les groupements les plus utilis´s et les groupes carboxyliques (- e COOH) sont ` la fois hydrophiles et aptes ` assurer une liaison amide avec a a les goupes −N H2 des prot´ines. La deuxi`me voie, la silanisation, permet e e l’enrobage des QDs par une couche de silane qui les stabilise grandement. La troisi`me voie concerne la biotinylation des QDs. C’est une biofonctionna- e lisation tr`s versatile qui permet de lier la nanoparticule conjugu´e biotine e e a ` toute biomol´cule conjugu´e biotine ou avidine par le biais du couplage e e biotine/avidine. Des QDs biotinyl´s, de photoluminescence rouge, se sont s´lectivement e e attach´s aux filaments du cytosquelette modifi´ par de la streptavidine. Des e e QDs ´mettant dans le vert coupl´s ` de l’ur´e et ` des ´l´ments du groupe des e e a e a ee ac´tates ont montr´ une affinit´ particuli`re pour la membrane nucl´ique. e e e e e L’excitation constante de QDs bioactifs pendant plus de 4 heures avec un la- ser Ar+ a permis une ´mission constante, ceci avec peu de d´p´rissement. Les e e e QDs auxquels on a fix´ des immuno-mol´cules ont pu d´tecter des anticorps e e e et antig`nes sp´cifiques. Les ann´es suivantes, l’imagerie de cellules vivantes, e e e ayant ´t´ un succ`s, a accru de mani`re importante la popularit´ de l’usage ee e e e 2 De mani`re g´n´rale, celles-ci consistent ` coupler le groupe r´actif en surface des e e e a e nanoparticules ` des groupes amine - NH2, carboxyle - COOH ou mercapto - SH pr´sents a e sur la mol´cule biologique (par exemple un anticorps) que l’on souhaite attacher. e 3 Toute mol´cule pouvant se lier ` une autre, en particulier mol´cule capable de se lier e a e ` un r´cepteur biologique a e 13
  15. 15. Fig. 3.2 – Principales voies de biofonctionnalisation des nanoparticules semi- conductrices de type CdSe/ZnS de QDs dans les syst`mes biologiques. Par ailleurs, un progr`s impressio- e e nant en imagerie du cancer a pu ˆtre accompli par l’usage des nanocristaux e de semiconducteurs. En 2003, Wu et coll. ont conjugu´ l’immunoglobine G e (IgG) et la streptavidine sur le CdSe avec des spectres d’´mission diff´rents e e afin de pouvoir identifier le marqueur du cancer du poumon Her2 pr´sent e a ` la surface de cellules canc´rig`nes vivantes. Ils ont aussi pu utiliser ces e e nanoparticules conjugu´es afin de marquer l’actine et les fibres microtubu- e laires dans le cytoplasme ainsi que la d´tection d’antig`nes nucl´aires dans e e e le noyau. Le travail de Wu a pour but d’identifier les tumeurs susceptibles de r´ponse ` la m´dication contre le cancer. La r´cente pouss´e en mati`re e a e e e e d’´tudes in vivo a pu d´montrer que les QDs sont aussi efficaces dans l’en- e e vironnement physiologique que dans les tubes ` essais. Des sondes de QDs a encapsul´es dans un copolym`re4 ont pu ˆtre d´livr´es sur des tumeurs par e e e e e un m´canisme de tra¸age passif et par un m´canisme actif. e c e Dans le mode passif, les macromol´cules entourant les nanocristaux se sont e accumul´es pr´f´rentiellement sur le site de la tumeur grˆce ` une perm´abilit´ e ee a a e e augment´e et un effet de r´tention. Dans le d´pistage actif de tumeurs, des e e e QDs conjugu´s ` des anticorps ont pu cibler de mani`re sp´cifique des an- e a e e tig`nes particuliers sur la membrane de la tumeur. Des signaux intenses ont e pu ˆtre obtenus par injection intraveineuse de ces sondes anticorps ` une e a souris porteuse de tumeurs (3.3). L’avantage de ce proc´d´ r´side dans le e e e fait que le polym`re hydrophile poss`de un nombre important de groupes e e fonctionnels autorisant l’attachement simultan´ d’agents th´rapeutiques et e e de diagnostic. Ces points multifonctionnels pourraient donc d´pister les tu- e meurs et d`s lors, une excitation par lumi`re laser pourrait lib´rer les agents e e e th´rapeutiques de telle sorte que seules les tumeurs recevraient la toxine, e minimisant ainsi les effets secondaires. On a aussi pu d´montrer que les e 4 Copolym`re : macromol´cule mettant en jeu au moins deux monom`res, li´s par des e e e e liaisons covalentes 14
  16. 16. Fig. 3.3 – D´pistage de tumeurs e cellules canc´reuses sont invasives et fortement mobiles, ce r´sultat ´tant e e e bas´ sur le fait que les cellules canc´reuses englobant les nanoparticules les e e rendent inactives. Ces travaux n’ouvrent pas seulement la voie ` l’´tude des a e m´canismes invasifs des cellules canc´reuses en temps r´el mais permettent e e e aussi l’´tude d’une multitude d’autres interactions multicellulaires qui ont e lieu dans les processus de croissance et de d´veloppement chez les animaux. e Ceci permet le suivi d’exp´riences de longues dur´e en embryogen`se. La e e e demande ´tant forte pour l’imagerie de structures profondes du corps, les e QDs ´mettant dans le proche infrarouge (650-1000 nm) ont le plus d’int´rˆt ; e ee c’est en effet la r´gion du spectre o` la transmission de la lumi`re ` travers e u e a les tissus et le sang est maximale. R´cemment, une avanc´e majeure en ima- e e gerie du cancer a ´t´ r´alis´e en utilisant une structure coeur/coquille de ee e e CdTe/CdSe. Ces nanoparticules de CdTe/CdSe ´mettent dans le proche in- e frarouge. Il est toutefois int´ressant de mentionner que l’imagerie de haut e contraste ou de haute r´solution peut aussi ˆtre obtenue par usage de na- e e noparticules m´talliques. Celles-ci am´liorent la sensibilit´ de l’analyse par e e e tomographie opto-acoustique. Cette nouvelle m´thode d’imagerie m´dicale e e utilise l’illumination optique et la d´tection ultrasonique afin de produire e des images profondes des tissus, ces images ´tant acquises par l’absorption e lumineuse. Les exp´riences avec ces particules m´talliques ont permis de e e d´montrer qu’avec une concentration tr`s basse de 109 particules/ml, on e e rend possible la d´tection ` une profondeur de plus de 60 mm dans les tis- e a sus. Cette d´tection est impossible en imagerie optique pure.[8] e 3.2 Bilan Ces exp´riences ont montr´ que les nanocristaux semiconducteurs sont e e un outil de choix pour l’imagerie biologique en permettant l’observation directe du mouvement d’acteurs mol´culaires impliqu´s. En attachant des e e 15
  17. 17. sondes de diff´rentes couleurs ` diff´rentes prot´ines, il est d´sormais d´j` e a e e e ea possible d’´tudier le mouvement des diff´rents acteurs, d’´tudier leurs inter- e e e actions in vivo et ainsi de mieux traduire la complexit´ des processus bio- e logiques. Ce n’est sans doute qu’un aspect partiel de l’apport de ces sondes inorganiques ` l’imagerie biologique. Compos´s de mat´riaux ´mettant dans a e e e l’infrarouge, des nanocristaux permettront sans doute l’imagerie ultrasen- sible dans des milieux ´pais tels que des tissus ou des petits animaux. Les e nanoparticules fluorescentes seront ` l’avenir non seulement des indicateurs a de la position mais aussi des sondes de l’environnement chimique local (cfr d´tection d’agents biologiques de guerre,...). A plus long terme, ils trouve- e ront, peut-ˆtre, un rˆle comme guide fluorescent pour les outils des chirur- e o giens. 16
  18. 18. Chapitre 4 Exp´rience : Colorim´trie e e Dans cette partie sont expos´s nos propres r´sultats, pr´c´d´s d’une br`ve e e e e e e pr´sentation des notions et outils dont nous avons eu besoin pour notre e analyse. La caract´risation optique des nanophores se r´alise en 3 ´tapes : e e e – Obtention d’un graphique de la transmission en fonction de la longueur d’onde pour une solution d’une nanoparticule de taille d´termin´e. e e – Conversion des donn´es afin d’obtenir les trois coordonn´es trichroma- e e tiques du point de couleur. – Obtention de la couleur pour la nanoparticule grˆce au triangle des a couleurs et v´rification th´orique qualitative. e e 4.1 Le point de couleur Le point de couleur permet de d´crire la couleur de l’´chantillon de fa¸on e e c univoque dans un espace ` trois dimensions, g´n´ralement ramen´ ` deux a e e e a dimensions comme dans la repr´sentation de la figure (4.1). Pour cela, le e spectre d’´mission est successivement multipli´ par trois courbes de sensibi- e e lit´ spectrale (X(λ),Y(λ),Z(λ)), avant d’op´rer une int´gration sur la totalit´ e e e e du spectre pour obtenir les grandeurs X, Y et Z. Les fonctions X(λ), Y(λ), Z(λ) sont d´finies dans une norme cr´´e par la Commission Internationale e ee de l’Eclairage. Pour se ramener ` un espace ` deux dimensions, ces r´sultats a a e sont norm´s : e X x= X +Y +Z Y y= X +Y +Z Z z= = 1 − (x + y) X +Y +Z 17
  19. 19. Le couple (x,y) ainsi calcul´ est caract´ristique de la couleur de l’´chantillon. e e e On peut alors positionner ce point dans le classique triangle des couleurs o` u le blanc parfait a pour coordonn´es (0.33 , 0.33).[6] e Fig. 4.1 – Diagramme de chromaticit´ e 4.2 Appareillage : le spectrom`tre e Un spectrom`tre analyse longueur d’onde par longueur d’onde (soit avec e un intervalle de longueurs d’ondes de quelques nanom`tres) l’´nergie lu- e e mineuse en r´flexion ou en transmission d’un objet. Nous obtenons, apr`s e e mesure, une courbe spectrale de l’´chantillon sur un intervalle de longueurs e d’onde correspondant au spectre visible (en g´n´ral entre 380-780 nm).[9] e e Le spectrom`tre comprend : e – une source de lumi`re : lumi`re blanche (lumi`re polychromatique) ou e e e lumi`re UV. e – un monochromateur form´ d’un r´seau diffractant la lumi`re de la e e e source. Il permet de s´lectionner la longueur d’onde de la lumi`re qui e e traversera la solution ` doser. a – une cuve transparente dans laquelle on place la solution ` ´tudier. Le ae solvant utilis´ n’´tant pas toujours transparent, il est obligatoire de e e r´aliser un ’blanc’, c’est-`-dire une mise ` z´ro du dispositif, en ne e a a e pla¸ant que le solvant utilis´ dans la cuve avant la premi`re mesure, c e e et ce pour chaque longueur d’onde ´tudi´e. e e – une cellule photo´lectrique, restituant un courant proportionnel au e nombre de photons re¸us. c 18
  20. 20. – un d´tecteur ´lectronique dont la r´ponse est proportionnelle ` ce cou- e e e a rant ´lectrique et permet une mesure relative de l’intensit´ lumineuse. e e Fig. 4.2 – Principe du spectrom`tre. e 4.3 R´sultats e Fig. 4.3 – Spectre de transmission des diff´rentes nanoparticules e Les r´sultats sont expos´s et interpr´t´s de mani`re physique en laissant e e ee e de cot´ l’aspect rugueux des ´quations. On a analys´ des ´chantillons de na- e e e e noparticules de CdS, avec comme seule variable caract´risant les ´chantillons, e e la taille des nanocristaux pr´sents. Apr`s analyse dans un spectrom`tre, e e e on obtient le spectre de transmission des nanoparticules. La transmission est l’inverse de l’absorption/absorbance. C’est un principe ´l´mentaire de ee la conservation de l’´nergie. Comme indiqu´ dans l’´tude th´orique, le gap e e e e augmente ` mesure que la taille du cristal d´croˆ On constate que l’absorp- a e ıt. tion est maximale pour un faisceau de lumi`re dont la longueur d’onde est e faible. A partir d’un certain seuil, ` longueur d’onde croissante, l’intensit´ a e absorb´e diminue rapidement jusqu’` tendre vers 0, zone o` la transmis- e a u sion est maximale. La solution de particules est transparente aux longueurs 19
  21. 21. d’onde plus ´l´v´es. Pour une nanoparticule de 5,7 nm l’absorption se fait ee e a ` λ = 483 nm, pour 4,9 nm l’absorption se fait ` λ = 463 nm, pour 3,4 nm a l’absorption se fait ` λ = 422 nm, pour 2,8 nm ` λ = 402 nm et finalement a a pour 2,1 nm ` λ = 392 nm. On constate que le seuil d’absorption est donc a fonction de la taille de la particule : plus la particule devient petite, plus son seuil d’absorption, caract´ris´ par sa longueur d’onde, diminue. Ceci semble e e logique : si on consid`re que l’´nergie est invers´ment proportionnelle ` la e e e a longueur d’onde, plus la longueur d’onde est petite, plus l’´nergie associ´e e e est importante. Or, on sait ` travers l’analyse th´orique que plus une par- a e ticule est petite, plus son gap est grand et plus importante sera l’´nergiee n´cessaire afin de le franchir. Consid´rons les deux cas extrˆmes. Soit une e e e particule grande (4,9 nm) : son gap (´nergie du gap) est fort ´troit. L’´nergie e e e pour le franchir est donc faible. Une lumi`re peut donc le franchir ` longueur e a d’onde plus ´lev´e (463 nm). A partir d’un seuil correspondant ` l’´nergie e e a e du gap, le nanocristal absorbe la lumi`re. A contrario, si la particule est e petite, son gap sera fort large. Ceci n´cessite une ´nergie plus grande. On e e trouve cette ´nergie pour une longueur d’onde plus faible. e En-dessous de cette longueur d’onde, l’´nergie sera suffisante pour franchir e Fig. 4.4 – Seuil d’absorption en fonction de la taille du nanocristal. le gap et toute la lumi`re sera absorb´e. e e Les coordonn´es trichromatiques des solutions ont ´t´ obtenues par un petit e ee programme con¸u sous Matlab qui, ` partir des trois courbes de sensibilit´ c a e et de la courbe exp´rimentale de transimission, calcule le couple (x,y) cor- e respondant. Couleurs obtenues : – nanoparticule de 2,1 nm (abs. indiqu´ : 360 nm ; mesur´ : 392 nm) : e e X = 0.3324 Y = 0.3332 (transparent) 20
  22. 22. – nanoparticule de 2,8 nm (abs. indiqu´ : 380 nm ; mesur´ : 402 nm) : e e X = 0.3345 Y = 0.3356 (transparent) – nanoparticule de 3,4 nm (abs. indiqu´ : 402 nm ; mesur´ : 422 nm) : e e X = 0.3391 Y = 0.3449 (jaune l´ger)e – nanoparticule de 4,9 nm (abs. indiqu´ : 440 nm ; mesur´ : 463 nm) : e e X = 0.4207 Y = 0.4698 (jaune) – nanoparticule de 5,7 nm (abs. indiqu´ : 460 nm ; mesur´ : 483 nm) : e e X = 0.4593 Y = 0.5009 (jaune vif) Ces couleurs, qui correspondent ` l’aspect des solutions en lumi`re naturelle, a e sont bien celles observables ` l’oeil nu. a Pour ce qui est de la fluorescence, il y a une corr´lation ´troite entre le e e seuil d’absorption et la longueur d’onde d’´mission. En effet, ´clair´es par un e e e rayonnement d’´nergie ´gale ou sup´rieure ` l’´nergie de leur gap ´lectronique, e e e a e e les nanoparticules absorbent int´gralement ce rayonnement et le r´´mettent e ee quasi-instantan´ment, ` la longueur d’onde du seuil d’absorption (qui cor- e a respond donc ` l’´nergie du gap). Nos ´chantillons de CdS ´mettent par a e e e fluorescence aux longueurs d’onde suivantes ; respectivement 392, 402, 422, 463 et 483 nm. Ces valeurs se situent dans le bleu et le violet. A titre de remarque, on peut donner les pr´cisions suivantes quant ` ces der- e a niers r´sultats. Selon ceux-ci, le spectre de fluorescence de nos nanoparticules e se limite au bleu-violet. On est donc loin des petits flacons aux colorations arc-en-ciel que l’on peut voir sur les photos. Cela est cependant parfaitement explicable : les colorations qui couvrent tout le spectre visible sont obtenues avec des nanoparticules de CdSe et non de CdS. Au contraire de ce dernier, le s´l´niure de cadmium, pour la mˆme plage de tailles des cristaux, ´met sur ee e e une grande partie des longueurs d’onde visibles, cr´ant l’effet spectaculaire e bien connu. Pour obtenir avec du CdS des longueurs d’onde plus ´lev´es, on e e devrait avoir des particules de plus grande taille. Ces r´sultats sont corro- e bor´s par le site du constructeur des Quantum Dots, Aldrich, qui donne un e tableau d´taill´ des propri´t´s fluorescentes de ses nanoparticules de CdS et e e ee de CdSe [voir annexe]. 21
  23. 23. Chapitre 5 Conclusion S’il est essentiellement descriptif, ce travail nous a offert la possibilit´ e d’appr´hender un th`me ` la pointe du monde de la recherche. La multidis- e e a ciplinarit´ de cette nouvelle branche des sciences nous a permis d’aborder e des notions plus avanc´es de chimie, physique et biologie. Bien que le sujet e de notre travail semble restreint, la multitude des applications envisageables suscite l’enthousiasme. En effet, les utilisations biom´dicales de cette tech- e nologie nouvelle sont prometteuses et peut-ˆtre un jour deviendront-elles e un outil incontournable pour la m´decine. Gu´rir des tumeurs et sauver e e les gens du cancer semble ´videmment tr`s s´duisant, mais seul l’avenir e e e nous dira si ces particules sont r´ellement efficaces et surtout, sans danger e pour l’homme. Il faut garder ` l’esprit que ces nanocristaux pourraient se a r´v´ler toxiques. Des organismes de contrˆle ont ´t´ cr´´s pour enquˆter sur e e o e e ee e les risques ´ventuels li´s ` l’utilisation de ces substances sur l’homme. Les e e a nanotechnologies b´n´ficient donc de recherches pouss´es consacr´es ` une e e e e a possible non-ad´quation de ces applications m´dicales. Cela est un ´l´ment e e ee cl´ pour l’avenir de ce secteur. e 22
  24. 24. Bibliographie [1] BROKMANN X.(ENS), HERMIER J.-P.(JUSSIEU), DESBIOLLES P.(ENS), DAHAN M.(ENS), Des nanosources de lumi`re pour l’optique e et la biologie in IMAGES DE LA PHYSIQUE 2005 (CNRS) ; p. 1,2,7, 2005. [2] WAUTELET M. et coll., Les Nanotechnologies ; deuxi`me ´dition ; Col- e e lection DUNOD, 2006. [3] WAUTELET M., Nanotechnologies, M´ga d´fis : fascicule de l’exposi- e e tion, Avril 2007. [4] BERCIAUD S., Th`se pr´sent´e ` l’universit´ Bordeaux 1, ´cole docto- e e e a e e rale des sciences physiques et de l’ing´nieur, D´tection photothermique e e et spectroscopie d’absorption de nano-objets individuels : nanoparti- cules m´talliques, nanocristaux semiconducteurs et nanotubes de car- e bone, D´cembre 2006. e [5] GERARD J.-M., Texte de la 586 `me conf´rence de l’Universit´ de tous e e e les savoirs, Juillet 2005. [6] HOUDY P., LAMHANI M., BRECHNIGNAC C., Les nanosciences : 2. Nanomat´riaux et nanochimie ; Collection ECHELLES, BELIN ; p.606- e 607, Juin 2006. [7] Wikip´dia, f r.wikipedia.org/wiki/P hotoblanchiment, Avril 2007. e [8] WANG Y., TANG Z.,KOTOV N. A., Bioapplications of semiconductors in NANOTODAY ; p. 1-4 ; traduction, Mai 2005. [9] Wikip´dia, f r.wikipedia.org/wiki/Spectrophotometre Mai 2007. e 23
  25. 25. Annexe Fig. 5.1 – Donn´es Aldrich e 24

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