Spectroscopies ultrarapides résolues spatialement pour comprendre les transferts d'énergie et de charges au sein de nanoparticules organiques fluorescentes – Ultrafast Nanoscopy

Nous entrons dans une nouvelle ère, celle des nanomatériaux et des nanotechnologies. Comprendre et visualiser les transferts d’énergie et d’électrons au sein de nanomatériaux sont les clés du développement de nouveaux nanomatériaux possédant de nombreuses fonctionnalités. Plus encore, pourvoir sonder la dynamique des transferts d’énergie et d’électrons entre la surface et le cœur des nanomatériaux est primordiale pour obtenir des matériaux efficaces. En effet il est nécessaire de pouvoir caractériser la photo-dynamique ultra-rapide (femtoseconde) des molécules avec une résolution spatiale de l’ordre du nanomètre. Ce projet consiste donc tout d’abord à développer un nouveau microscope permettant de caractériser la luminescence avec une résolution temporelle de quelques centaines de femtoseconde (fluorescence up conversion et kerr gate, absorption transitoire femtoseconde) combinée à une résolution spatiale de quelques dizaines de nanomètre (microscope STED et RESOLFT). Ce nouveau microscope permettra de caractériser des nouvelles nanoparticules organiques fluorescentes pour des applications imagerie biologique et en imagerie biologique haute résolution. Plus particulièrement ce projet s’intéresse à des nouvelles nanoparticules organiques synthétisées par ablation laser de molécules fluorescentes de type rylenes et de nouvelles molécules photochromes d’hexaarylbiimidazole dont la fluorescence peut être photo-commutée. Dans une première étape la photo-dynamique des nanoparticules sera caractérisée à l’aide du nouveau microscope combinant une résolution temporelle de la femtoseconde et une résolution spatiale du nanomètre. Pour obtenir une compréhension totale de la réponse photo-induite au sein des nanoparticules, des mesures d’absorption transitoire femtoseconde UV-visible et infrarouge en solution couplées à une analyse de données multivariées (chimiométrie) et des calculs théoriques (prédiction des spectres des états excités. La seconde étape sera d’utiliser les nanoparticules adéquates (rationalisées par les études de compréhension du mécanisme photo-induit) pour réaliser des expériences de sources de photons uniques et des images de microscopie de fluorescence haute résolution en champs large par localisation de molécules uniques (photo-activation ou émission stochastique) et reconstruction d’images (PALM/STORM). Une nouvelle analyse des données sera aussi développée pour obtenir un maximum d’information à partir des images de fluorescence haute résolution. Ce projet ANR JCJC rassemble en grand nombre de jeunes chercheurs et devrait donc permettre de faire apparaître une nouvelle équipe / thématique au sein LASIR sur l’étude de matériaux photo-actifs par imagerie de fluorescence avec une haute résolution temporelle (femtoseconde) et spatiale (nanométrique).