Synthèse, auto-assemblage et caractérisation d'architectures colloïdales hybrides plasmons-émetteurs

Cette these propose plusieurs approches visant a controler la structure d'assemblages hybrides depuis la synthese des elements jusqu'a l'auto-organisation et en etudie les proprietes optiques emergentes. Dans une premiere partie, nous montrons que ce couplage plasmon-emetteur peut etre dirige de deux manieres : soit en fonctionnalisant des nanoparticules d'or avec un ligand ayant une fonction permettant de reconnaitre et immobiliser les emetteurs, soit par la creation d'un echafaudage de biomolecules portant des sites de greffage des particules fluorescentes et plasmoniques. Dans le premier cas, une synthese de prismes d'or en presence de proteines artificielles, eventuellement biotinylees, recouvrant leur surface est realisee. La taille et la forme des prismes determinent les proprietes spectrales souhaitees des resonances plasmons. Leur sensitivite elevee a une variation de leur environnement dielectrique (300 nm/RIU) a permis la detection de streptavidine sur prisme individuel. Alternativement, l'ingenierie d'une paire de proteines artificielles dont la forte interaction mutuelle declenche une precipitation spontanee. Une caracterisation par cryo-microscopie electronique a transmission (cryo-TEM) et par diffusion des rayons X montre la formation precise de superhelices tubulaires de 5,8 nm de diametre et plusieurs microns de long. Les amino-acides de ces proteines pourront etre modifies pour greffer des particules differentes. La deuxieme partie de ce manuscrit porte sur une nouvelle synthese, la caracterisation structurale et les proprietes photo-physiques de clusters d'or Aun avec 4 = n = 25. Ceux-ci sont rendus stables, en solutions aqueuses, par fonctionnalisation avec des thiols pegyles a fonction terminale, dont la biotine. La fluorescence blanche sous excitation large bande et un rendement quantique eleve (jusqu'a 27 %) font de ce melange Aun des emetteurs prometteurs pour les structures hybrides. Ces Aun-biotine, mais aussi des nanodiamants biotinyles, ont ete fixes sur les prismes d'or proteines ci-dessus. Les proteines en surface des prismes permettent de maitriser localement et specifiquement le greffage des emetteurs a 5 nm de la surface d'or. La derniere partie de cette these est consacree a l'etude des proprietes optiques des structures plasmoniques seules puis couplees a des emetteurs. Une comparaison des images hyperspectrales de diffusion en champ sombre et de cathodoluminescence en TEM, adossee a une etude numerique combinant la methode dyadique de Green et celle des elements finis, permet d'identifier les modes plasmons brillants et sombres auxquels se couplent les photons emis par les fluorophores, en fonction de leur position.