New way of synthesis of uniform gold nanoparticles for the detection of few molecules
Nouvelle voie de synthèse de nanoparticules d'or uniformes pour la détection de faibles traces
Résumé
Controlled synthesis of metallic nanoparticles (MNPs), according to particular morphologies and dimensions, is an interdisciplinary field of research because of the new, varied, rich and complex physical properties of MNPs. These properties are mainly governed by the collective oscillations of conduction electrons called plasmons. This phenomenon is optically reflected by the sensitivity of the MNPs to the change in the surrounding refractive index and by the shift of their plasmon resonance band. This feature, according to the morphology of MNPs, is used in fairly modern applications such as cancer phototherapy and the development of the ultrasensitive sensors based on Surface Plasmon Resonance (SPR) or Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS). The sensitivity of MNPs as sensors is not only directly related to the chemical and crystalline nature of the metal but also to their ability to adsorb target molecules, absorb and/or confine and enhance incident light. This last property is generally more remarkable as the distance separating the MNPs is small. Thus, the control of the size, shape and density of the MNPs is of major interest. Therefore, the development of new synthesis methods of MNPs is still relevant. Moreover, the fabrication of uniform metallic nanoparticles is mainly achieved by colloidal synthesis particularly by "seed mediated growth". On the other hand, this method always has certain limitations in the preparation time and the control of the size and shape. In this context, we have, in this thesis, developed a new fabrication method of MNPs of different shapes. The idea is to structure a polymer (PMMA) in the form of a nanoporous film and to use the nanopores as synthesis reactor for MNPs. Thus, the objective of this thesis was to investigate the proposed synthesis method in order to develop new detection nanosensors based on SERS phenomenon. The work in this thesis has been divided into three main parts: the first is to study the synthesis mechanism in order to optimize the formation process of uniform metallic structures. The second aims to change the shape of the MNPs by playing on the parameters of synthesis. In parallel with these two aspects, an important task was devoted to morphological analysis using structural analysis techniques, and to the determination and the modelling of the optical responses of these MNPs particularly by the technique of spectroscopic ellipsometry
La synthèse contrôlée de nanoparticules métalliques (NPM) selon des morphologies et dimensions particulières est un domaine de recherche interdisciplinaire en raison des nouvelles propriétés physiques variées, riches et complexes des NPM. Ces propriétés sont principalement régies par les oscillations collectives des électrons de conductions appelées « plasmons ». Ce phénomène se traduit optiquement par une sensibilité des NPM au moindre changement d’indice de réfraction par déplacement de leur bande de résonance plasmon. Ce phénomène en fonction de la morphologie des NPM est mis à profit dans applications assez modernes telles que la photothérapie contre le cancer et l’élaboration de capteurs ultrasensibles basés sur la Résonance Plasmon de Surface (SPR) ou sur la Spectroscopie d’Exaltation Raman de Surface (SERS). La sensibilité des NPM en tant que capteurs est directement liée à la nature chimique et cristalline du métal mais également à leur capacité à adsorber les molécules cibles, à absorber ou/et confiner et exalter la lumière incidente. Cette dernière propriété est généralement d’autant plus remarquable que la distance séparant les NPM est petite. Ainsi, le contrôle de la taille, forme et densité des NPM présente un intérêt majeur et les travaux visant à développer de nouvelles méthodes de fabrication ou de nano-structuration sont toujours d’actualité. D’ailleurs, la fabrication de nanoparticules métalliques (NPM) uniformes se fait principalement par synthèse colloïdale particulièrement par « seed mediated growth ». En revanche, cette méthode présente toujours certaines limitations dans le temps de préparation et la contrôle de taille et de forme. Dans ce contexte, nous avons, dans cette thèse, développé une nouvelle méthode de fabrication de nanoparticules métalliques (NPM) de différentes formes. Le principe consiste à structurer un polymère (PMMA) sous forme d’un film nanoporeux et d’utiliser les nanopores comme réacteur de synthèse de NPM. C'est ainsi que l’objectif de cette thèse était d’exploiter la méthode de fabrication ainsi proposée afin d’élaborer de nouveaux nano-capteurs de détection basés sur le SERS. Les travaux dans le cadre de cette thèse ont été réparties sur trois grands volets : Le premier consiste à étudier le mécanisme de synthèse afin d’optimiser le processus de formation des structures métalliques uniformes. Le 2ème vise à faire évoluer la forme des NPM en jouant sur les paramètres de synthèse. En parallèle à ces deux volets, une tâche importante a été consacrée à l’analyse morphologique en utilisant les techniques d’analyses structurales, et à la détermination et la modélisation des réponses optiques de ces NPMs notamment par la technique d’ellipsométrie spectroscopique
Domaines
Matériaux
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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