Institut des
NanoSciences de Paris
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Soutenance de thèse de Tomas Rego - Vendredi 30 avril 2021 à 10 h

Tomas Rego, doctorant dans l’équipe Physico-chimie et dynamique des surfaces, soutient sa thèse le vendredi 30 avril 2021 à 10 h en visioconférence.

Thermodynamical and structural properties of alcohol diacetylenes Langmuir films

Abstract

Diacetylenes (DA), specially 10,12-Pentacosadyonic acid, have been extensively studied due to their interesting structural, spectral, and optoelectronic features. In particular, their unique colorimetric and fluorescent transition of PDAs in response to different external stimuli makes them a novel class of sensing materials, and numerous applications of PDAs as bio- or chemosensors, generally using vesicles, have been explored. In order to improve sensibility of these sensors, we propose a monolayer-thin sensor. For this we synthesized and studied a novel DA family, denominated by 13-nOH (n =2,3,4,6,8,9), using smaller aliphatic chains and an alcohol head. Comparatively to the very used PCDA, these molecules are less reactive, but, opposed to PCDA, they are stable as a monolayer at water interface. We thoroughly study the interfacial properties and structure of these molecules using Langmuir techniques accompanied by microscopy probing techniques, such as Brewster-angle microscopy (BAM), Atomic-force microscopy (AFM) and X-Ray techniques such as grazing-incidence X-Ray Diffraction (GIXRD) and X-Ray Reflectivity, while reactivity has been studied using UV-Visible spectroscopy. A very dissimilar behavior has been observed between these molecules, varying highly with n. Particularly, 13-4OH has shown a behavior that to our knowledge has yet to be observed in 2D monolayers, disorganizing when compressed. Adding to this study, MD simulations have been performed, replicating the Langmuir studies, in order to get a thorough look on the structure evolution. Due to the inexistence of forcefields for acetylenes and di-acetylenes, this had to be parameterized and was done using a linear model based on an extensive number of simulations in order to predict the correct parameters. Finally, the potential of nanometer thin PCDA layers as sensors was tested by characterizing the radiosensitization effect of AuNp and their potential in cancer treatment. To do this, multiple types of samples, prepared using electron-beam lithography, spincoating and Langmuir-transfer have been studied and although, we were not able to quantitively characterize the effect, an effective model of study has been engineered.

Résumé

Les diacétylènes (DA), en particulier l’acide 10,12-pentacosadyonique, ont été largement étudiés en raison de leurs caractéristiques structurelles, spectrales et optoélectroniques intéressantes. En particulier, leur transition colorimétrique et fluorescente unique des PDA en réponse à différents stimuli externes en fait une nouvelle classe de matériaux de détection, et de nombreuses applications des PDA en tant que biocapteurs ou chimiocapteurs, utilisant généralement des vésicules, ont été explorées. Afin d’améliorer la sensibilité de ces capteurs, nous proposons un capteur monocouche mince. Pour cela, nous avons synthétisé et étudié une nouvelle famille de DA, dénommée 13-nOH (n = 2,3,4,6,8,9), en utilisant des chaînes aliphatiques plus petites et une tête d’alcool. Comparativement au PCDA très utilisé, ces molécules sont moins réactives, mais contrairement au PCDA, elles sont stables en monocouche à l’interface eau. Nous étudions en profondeur les propriétés interfaciales et la structure de ces molécules à l’aide des techniques de Langmuir accompagnées de techniques de sondage microscopique, telles que la microscopie à angle de Brewster (BAM), la microscopie à force atomique (AFM) et les techniques de rayons X telles que les rayons X à incidence rasante. Diffraction (GIXRD) et réflectivité des rayons X, tandis que la réactivité a été étudiée à l’aide de la spectroscopie UV-visible. Un comportement très différent a été observé entre ces molécules, variant fortement avec n. En particulier, le 13-4OH a montré un comportement qui, à notre connaissance, n’a pas encore été observé dans les monocouches 2D, se désorganisant lorsqu’il est compressé. En plus de cette étude, des simulations MD ont été réalisées, répliquant les études de Langmuir, afin d’avoir un regard approfondi sur l’évolution de la structure. En raison de l’inexistence de champs de force pour les acétylènes et les di-acétylènes, cela a dû être paramétré et a été fait à l’aide d’un modèle linéaire basé sur un grand nombre de simulations afin de prédire les paramètres corrects. Enfin, le potentiel des couches minces de PCDA au nanomètre en tant que capteurs a été testé en caractérisant l’effet de radiosensibilisation d’AuNp et leur potentiel dans le traitement du cancer. Pour ce faire, plusieurs types d’échantillons, préparés à l’aide de la lithographie par faisceau d’électrons, du spincoating et du transfert de Langmuir ont été étudiés et bien que nous n’ayons pas été en mesure de caractériser quantitativement l’effet, un modèle d’étude efficace a été conçu.

Jury

  • M. Albouy Pierre-Antoine Research director CNRS -Reviewer
  • M. Guenoun Patrick Engineer CEA -Reviewer
  • M. Pluchery Olivier Professor Sorbonne -Examinator
  • Mme. Allain Clemence Research directice CNRS -Examinator
  • M. Goldmann Michel Professor -Thesis director
  • Mme. Fauré Marie-Claude Researcher -Thesis co-diretor
  • M. Pedro Morgado Researcher -Guest
  • Mme. Sylvie Spagnoli Teacher-Researcher -Guest