Nanosondes moléculaires pour l’imagerie thermique de nanoparticules métalliques photoexcitées
Résumé
Au cours de la dernière décennie, les nanoparticules métalliques (NPs) ont reçu un intérêt croissant en nanosciences, essentiellement en raison de leurs propriétés optiques remarquables. Ces propriétés sont liées à la résonance de plasmons de surface localisés. Lorsqu’une nanoparticule métallique est excitée à résonance, l’absorption est alors amplifiée ce qui résulte en une augmentation de la température. Cet effet de conversion photo thermique a été mis à profit dans de nombreuses applications, en particulier, pour le développement de la thérapie photo thermique pour le traitement du cancer. Ainsi, il est indispensable de pouvoir mesurer la température locale afin de mieux caractériser la particule en tant que nanosource intense de chaleur dans l’objectif d’actionner une réaction ou un processus physique dans son voisinage immédiat. Aujourd’hui, l’un des défis dans ce domaine est de pouvoir mesurer et imager la température générée autour d’une nanostructure plasmonique unique. Plusieurs approches ont été développées pour adresser cette question, comme la technique dite « Anisotropie de Polarisation de la Fluorescence Moléculaire ». Une autre méthode qui se base sur la variation de l’indice optique du milieu autour d’une collection de nanostructures métalliques photoexcitées a été proposée. Cependant, la résolution spatiale de ces techniques d’imagerie thermique restent limitées à cause de la diffraction de la lumière. Ici, nous proposons une nouvelle approche basée l’utilisation de formulations thermiquement polymérisables comme nano-sondes moléculaires locales afin de caractériser le profil de chaleur au voisinage immédiat d’une nanoparticule d'or isolée lors de son illumination. Pour cela nous avons développé un ensemble de formulations thermopolymérisables caractérisées chacune par un seuil de température de polymérisation différent et contrôlé (Tth). En dessous de ce seuil de température, la polymérisation ne peut pas se produire. La Tth peut simplement être contrôlée en ajustant le pourcentage en poids du système initiateur. Ce contrôle nous permet d'utiliser ces matériaux comme nanosonde moléculaire thermique afin de quantifier la température autour d’une nanoparticule unique mais surtout d'imprimer la distribution de chaleur. Dans un premier temps, nous avons réalisé la nanothermopolymérimerisation au voisinage d’une nanoparticule unique afin de montrer l’efficacité de notre nanosonde moléculaire pour imager le profil de chaleur autour de la particule. l'influence de différents paramètres physiques sur l’étendue du polymère autour de la nanoparticule a ainsi été étudiée. En particulier, nous montrons la possibilité d’imager la distribution de chaleur avec une résolution spatiale inférieure à 40 nm qui correspond à l’étendue du polymère. Nous avons également utilisé une gamme de solutions thermopolymérisables « étalons » caractérisées par différentes températures seuil (Tth) afin de mesurer la limite d’échauffement thermique autour de la nanoparticule. Les résultats obtenus montrent que la température atteinte par la nanoparticule excitée à 780 nm par un laser pulsé (150 fs) et focalisé, dépasse la 180°C (fig.3-b). Des études sont en cours afin d'obtenir à la fois l'extinction et la signature thermique en champ proche d’une nanoparticule d'or isolée et ceci à différentes longueurs d'onde.