Le travail présenté dans ce mémoire est dédié à l'élaboration de complexes de ruthénium(II) photo-commutables originaux incorporant le couple photochrome Diméthyldihydropyrène (DHP) / Cyclophanediène (CPD), pour de futurs dispositifs moléculaires optoélectroniques.Dans le but de réaliser des systèmes complexes pouvant reproduire les fonctions d'un circuit logique, une stratégie intéressante repose sur l'association de molécules photo-commutables et de complexes métalliques. Cependant, cette stratégie se confronte à certains obstacles majeurs, généralement associés à la perte des propriétés de commutation des photochromes organiques. En réponse aux précédents résultats confirmant cette tendance, deux nouvelles familles de complexes terpyridiniques de ruthénium(II) à base de DHP ont été synthétisées. Sachant que la présence de fonction pyridinium améliore significativement les propriétés d'isomérisation du cœur DHP, les centres métalliques ont été connectés soit via un lien benzyle pyridinium (Ru-Lpy+tpy) soit via un lien aryle pyridinium (Ru-LZincke). Bien que fonctionnant à plus faible énergie, le complexe Ru-LZincke présente des performances amoindries, en revanche les complexes Ru-Lpy+tpy affichent une préservation notable de leurs propriétés de commutation. Suite à la découverte d'une photo-réactivité originale favorisée par la présence du centre métallique, une famille analogue à base de complexes bipyridiniques de ruthénium(II) (Ru-Lpy+bpy) a été étudiée. Même si les mécanismes ne sont pas complètement rationalisés, les complexes Ru-Lpy+bpy se sont révélés être de remarquables candidats pour la réalisation de photo-commutateurs réversibles quantitativement dans le domaine du visible. / The work of this thesis is devoted to the development of original photo-switchable ruthenium(II) complexes incorporating the photochromic Dimethyldihydropyrene (DHP) / Cyclophanediene (CPD), for future optoelectronic molecular devices.In order to realize complex systems capable of reproducing the functions of a logic circuit, an interesting strategy is based on the association of photo-switchable molecules and metal complexes. However, this strategy is confronted with some major obstacles, generally associated with the loss of the switching properties of organic photochromes. In response to previous results confirming this trend, two new families of DHP-based terpyridine ruthenium(II) complexes have been synthesized. Since the presence of pyridinium function significantly improves the isomerization properties of the DHP core, the metal centers were connected either via a pyridinium benzyl linkage (Ru-Lpy+tpy) or via an aryl pyridinium linkage (Ru-LZincke). Although operating at lower energy, Ru-LZincke complex exhibits lessened performance, whereas Ru-Lpy+tpy complexes exhibit a notable preservation of their switching properties. Following the discovery of an original photo-reactivity favored by the presence of metal center, an analogue family based on ruthenium (II) bipyridine complexes (Ru-Lpy+bpy) was studied. Even if the mechanisms are not completely rationalized, Ru-Lpy+bpy complexes have proved to be remarkable candidates for the realization of quantitatively reversible photo-switches in the visible domain.

La contamination des équipements d’alimentation des veaux en pré-sevrage est une préoccupation de santé importante dans l’industrie laitière, et peut être associée à une augmentation des taux de morbidité et de mortalité. Les producteurs laitiers et intervenants ont donc besoin d’un outil pratique, rapide et fiable pour évaluer la propreté des équipements, compte tenu que l’évaluation visuelle seule est insuffisante. Les objectifs de cette étude sont de développer une méthode standardisée pour évaluer la propreté de plusieurs équipements grâce à la luminométrie, d’estimer la prévalence de contamination et décrire les pratiques de gestion recommandées pour le nettoyage. Un total de 7 troupeaux laitiers du Québec a été choisi par convenance. Après l’évaluation visuelle de l’hygiène, la propreté des équipements a été évaluée par écouvillonnage direct pour les seaux et les tétines avec des écouvillons Hygiena UltraSnap®. Une technique de rinçage a été utilisée pour les tubes à gaver, les biberons et les distributrices automatiques de lait (AMF) avec des écouvillons UltraSnap®, AquaSnap® et MicroSnap®. Pour valider la technique d’écouvillonnage direct des seaux, une étape avec le même opérateur et entre plusieurs opérateurs a été réalisée, ainsi qu’une culture bactérienne conventionnelle. Au total, 519 écouvillons ont été prélevés sur 201 équipements. La contamination médiane (intervalle interquartile) en RLU pour le biberon, le tube à gaver, l’AMF, le seau et la tétine est de 2 (1;6), 2 (0;12), 52 (19;269), 886 (128;7,230) et 899 (142;6 928), respectivement. La technique d’écouvillonnage direct, qui consiste à écouvillonner directement la surface d’un équipement, a montré une excellente corrélation pour la fidélité intra-opérateur (corrélation intra-classe (ICC) = 0,93; IC95%: 0,88-0,96). La fidélité inter-opérateur (2 sessions avec 3 opérateurs différents) a montré une corrélation élevée (ICC = 0,88; IC95%: 0,78-0,94 pour la 1ère session et ICC = 0,89; IC95%: 0,79-0,95 pour la 2e). Le score visuel (qui grade de 1 à 4 la propreté des équipements selon la quantité de matières organiques) des tubes à gaver, de l’AMF et des seaux a été positivement associé aux valeurs du luminomètre. Une corrélation positive entre la culture bactérienne et l’écouvillonnage direct des seaux a été trouvée pour l’UltraSnap (rho de Spearman (rs) = 0,653; IC95%: 0,283-0,873; P = 0,0003) et le MicroSnap (rs = 0,569; IC95%: 0,309-0,765; P = 0,002). Cette étude décrit une technique standardisée d’écouvillonnage à la ferme pour évaluer le statut hygiénique des équipements par luminométrie, qui peut être intégrée dans la gestion des problèmes de santé des veaux laitiers en pré-sevrage. / The contamination of equipment used to feed pre-weaned calves is an important health issue for the dairy industry, which can be associated with increased morbidity and mortality rates. Therefore, dairy producers and consultants need a practical, quick, and reliable tool to assess equipment cleanliness, since visual assessment alone is insufficient. The objectives of this cross-sectional study are to develop a standardized robust method to evaluate the cleanliness of several types of feeding equipment on-farm by using luminometry, with special emphasis on a direct swabbing technique to sample buckets, and to estimate the prevalence of contamination and the recommended management practices for cleaning and describing equipment. A total of 7 Quebec commercial dairy herds were selected conveniently. Following visual hygiene scoring, the cleanliness of available piece of feeding equipment was assessed using direct surface swabbing for buckets and nipples with Hygiena Ultra-Snap® swabs. A liquid rinsing technique was used for esophageal feeders, bottles, and automatic milk feeders (AMF) with UltraSnap®, AquaSnap®, and MicroSnap® swabs. To validate the direct swabbing technique of buckets, a comparison within and between operators was realized, as well as a conventional bacterial culture. A total of 519 swab samples were obtained from 201 pieces of equipment. The median (interquartile range) contamination in RLU for a bottle, esophageal feeder, AMF, bucket and nipple was 2 (1;6), 2 (0;12), 52 (19;269), 886 (128;7,230) and 899 (142;6,928), respectively. The direct swabbing technique, which consists in swabbing directly the surface of an equipment, showed an excellent correlation for inter-rater reliability (intraclass correlation (ICC) = 0.93; 95%CI: 0.88–0.96). The inter-operator (2 sessions with 3 different operators) reliability showed high correlation (ICC = 0.88; 95%CI: 0.78–0.94 for the 1st session, and ICC = 0.89; 95%CI: 0.79–0.95 for the 2nd session). The visual score (who ranks equipment cleanliness from 1 to 4 according to the quantity of organic matter) of esophageal feeders, AMF and buckets was positively associated with luminometer values. A positive correlation between bacterial culture and direct swabbing of buckets was found for the UltraSnap (Spearman’s rho (rs) = 0.653; 95%CI: 0.283–0.873; P = 0.0003) and MicroSnap (rs = 0.569, 95%CI: 0.309–0.765; P = 0.002). This study describes a standardized and practical on-farm swabbing technique for assessing the hygienic status of feeding equipment by luminometry, which can be integrated in the investigation of preweaning dairy calves’ health problems.

Dans leurs usages courants comme isolants électriques, les matériaux solides organiques sont constitutifs aussi bien des câbles de transport d'énergie électrique, des circuits de commande et de conversion de puissance que des composants (micro)électroniques ou des systèmes embarqués (revêtement thermique des satellites, batteries d'accumulateurs...). La diversité des contraintes d'utilisation auxquelles ils sont soumis (champ électrique, rayonnement, température, humidité...) les prédisposent à emmagasiner des charges en leur sein, susceptibles d'affecter la fiabilité des systèmes qui en dépendent. L'un des moyens communément mis en œuvre pour étudier le comportement électrique de ces charges est la mesure de la distribution spatio-temporelle des charges d'espace, en soumettant le diélectrique à une différence de potentiel continue à travers deux électrodes. Cette méthode ne permet cependant pas toujours de distinguer clairement la contribution des charges dues à la génération, d'une part, et celles dues aux phénomènes de transport, d'autre part. Cette étude propose une approche alternative, consistant à déposer sous vide des charges (électrons) au sein de l'isolant par le biais d'un faisceau d'électrons, à une position connue et en quantité maîtrisée, en prenant en compte d'autres processus physiques liés à l'implantation d'électrons afin de prévoir et modéliser le comportement de ces matériaux irradiés. Des films de PolyEthylène basse densité (PEbd), préparés par thermomoulage, ont été irradiés par un faisceau d'électrons de 80 keV avec un flux de 1 nA/cm2. Les mesures de charge d'espace par la méthode Electro-Acoustique Pulsée (PEA), réalisées d'abord in-situ, puis ex-situ sous polarisation électrique DC, confirment une localisation effective de charges au sein du matériau. Les résultats sous polarisation électrique après irradiation mettent en évidence une importante présence de charges positives dans la zone irradiée du diélectrique. Les caractérisations électriques des films PEbd irradiés montrent un comportement complètement différent de celui d'un même matériau non-irradié, laissant penser à une modification de la structure chimique du matériau. Des mesures physico-chimiques (spectroscopie infra-rouge, Photoluminescence et Analyse Enthalpique Différentielle-DSC) sur ces films PEbd irradiés, ne montrent pas une dégradation significative de la structure chimique du diélectrique qui expliquerait le comportement électrique observé sous polarisation post-irradiation. Des mesures complémentaires montrent le comportement réversible du PEbd irradié puis polarisé, qui serait uniquement lié à la présence des charges générées par le faisceau. Les données expérimentales de cette étude ont parallèlement alimenté un modèle numérique de transport de charges, développé pour tenir compte des contraintes sous irradiation. Ce modèle a permis de reproduire les résultats d'implantation de charge par faisceau d'électrons in-situ ainsi que la majorité des processus électriques observés sur du PEbd irradié puis polarisé. Il confirme l'impact de la charge déposée par faisceau d'électrons sur le comportement sous polarisation et permet de conclure quant à l'origine des charges positives observées post-irradiation, qui seraient dues aussi bien aux phénomènes d'injection aux électrodes qu'à la création de paires électrons/trous par le faisceau d'électrons pendant l'irradiation. / In their common uses as electrical insulators, organic solid materials are constitutive of electric power transmission cables, power control and conversion circuits as well as (micro) electronic components or embedded systems (thermal coating of satellites, batteries of accumulators, etc.). Under various constraints of use (electric field, radiation, temperature, humidity ...) they can accumulate charges in their bulk which could affect the reliability of the systems in which they are employed. One of the commonly used means to study the electrical behavior of these charges is to measure the spatiotemporal distribution of charges by subjecting the dielectrics to a continuous potential difference between two electrodes. However, this method does not always allow clearly distinguishing the contribution of charges due to generation on the one hand and the one due to transport phenomena on the other hand. This study proposes an alternative approach, consisting in generating charges (electrons) within the electrical insulation using an electron-beam under vacuum. The charges are hence deposited at a known position and in a controlled quantity. Other physical processes related to the implantation of electrons must then be taken into account in order to predict and model the behavior of these irradiated materials. Low-density polyethylene (LDPE) films, prepared by thermal molding, were irradiated by a 80 keV electron-beam with a current flux of 1 nA/cm2. Space charge measurements using the Pulsed Electro-Acoustic (PEA) method, performed first in-situ and then ex-situ under DC electrical polarization, confirm an effective localization of charges within the material. The results under electrical polarization after irradiation show an important amount of positive charges in the irradiated zone of the dielectric. The electrical characterizations of irradiated LDPE films show a completely different behavior compared to the same non-irradiated material, suggesting a modification of the chemical structure of the material. Physico-chemical measurements (infrared spectroscopy, Photoluminescence and Differential Scanning Calorimetry-DSC) on these irradiated PEbd films do not show a significant degradation of the chemical structure of the dielectric which would explain the observed electrical behavior under post-irradiation polarization. Additional measurements show the reversible behavior of the irradiated then polarized PEbd, which would be only related to the presence of the charges generated by the beam. The experimental data of this study have simultaneously fed a numerical model of charge transport, developed to take into account the irradiation constraints. This model allows reproducing the in-situ results of charge implantation by the electron beam as well as the majority of the electrical processes observed on irradiated and polarized LDPE. It confirms the impact of the electron-beam deposited charge on the behavior under polarization and allows concluding on the origin of the positive charges observed after irradiation, which would be due to injection at the electrodes as well as to the creation of electron-hole pairs by the electron-beam during irradiation.

Master of Science / Geology / Joel Q. Spencer / Optically stimulated luminescence (OSL) dating is a relatively new dating method, tangibly introduced in 1985 when Huntley et al. demonstrated the ability to use light-sensitive traps to measure radiation exposure and determine the age of sediment. Quartz and feldspar grains are commonly used for the method, with quartz receiving significantly more attention than feldspars until the past decade. Recent research has improved the practicality of using feldspars as a reliable dosimeter –an appealing notion as the intrinsic properties of feldspars allow them to date older sediment that may lie beyond the reliable range of quartz dosimetry. This work explores and utilizes the contemporary feldspar technique termed post-infrared, high-temperature infrared stimulated luminescence (pIRIR) dating to add to the existing knowledge base of this method, particularly by testing different preheat and measurement temperature combinations. Analysis of the each pIRIR method indicates that the pIRIR signal stimulated at 225°C is more appropriate for dating than the pIRIR signal stimulated at 290°C. Techniques and protocols developed in this work are done so via their application to a marine terrace that is displaced by the San Andreas Fault. Corals from the terrace along the Pacific plate, dated with U-series by Muhs et al. (2002), offer an age estimate. Comparison of the pIRIR ages to the U-series ages yield an underestimation, suggesting the pIRIR method may be more useful as a means of correlating terraces across the fault, than for providing ages of terrace formation.

Ce travail de thèse concerne la conception, la synthèse et l’étude de sondes luminescentes appliquées à la reconnaissance d’anions d’intérêt biologique. En effet, certains anions sont impliqués dans de nombreux mécanismes biologiques, et disposer d’outils pour leur détection permettra de mieux comprendre les processus mis en jeu. Nous nous sommes intéressés notamment au glutamate, principal neurotransmetteur chez les vertébrés, ainsi qu’aux dérivés de phosphates. Les sondes luminescentes que nous avons mises au point comprennent toutes un complexe de ruthénium (II) comme luminophore. Les premiers travaux décrits dans ce manuscrit concernent des sondes permettant la détection des espèces ciblées en milieu organique. Ils ont permis dans un premier temps de mieux comprendre quelles étaient les interactions mises en jeu lors de la reconnaissance des cibles, mais aussi de mieux imaginer la structure des complexes formés. Les chapitres suivant traitent de la conception, de la préparation et de l’étude de sondes optimisées grâce aux résultats de cette première partie. Nous avons ainsi pu synthétiser plusieurs sondes moléculaires capables de détecter sélectivement l’ATP, l’ADP et le glutamate dans des conditions physiologiques. / This work deals with the design, synthesis and study of molecular probes applied to the detection of anions of biological interest. Indeed, some anions are involved in several biological mechanisms and having tools for their recognition will allow a better understanding of these processes. We focused mainly on glutamate, the main vertebrate neurotransmitter, and on phosphate derivatives. All the probes we designed contain a ruthenium (II) complex as a luminescent moiety. The first part of this work examines various probes applied to the detection of our targets in organic media. This study allowed us to gain a better understanding of the interactions involved in anion complexation and of the structure of the complexes formed. Based on those results, the final chapters describe the design, synthesis and study of new, optimized probes. We have thus obtained several probes, able to detect ATP, ADP and glutamate with a good selectivity in physiological conditions.

Mon travail pendant cette thèse a d’abord été le développement d’une source de génération d’harmoniques d’ordre élevé basée sur une chaîne laser femtoseconde amplifiée (Saphir-Titane) fonctionnant à une cadence de 1 kHz (AURORE). Une ligne de lumière construite au CELIA permet de fournir un faisceau focalisé VUV-XUV femtoseconde, monochromatique dans une région spectrale comprise entre 10 nm et 73 nm environ (17 eV à 120 eV). Cette installation expérimentale est en fonctionnement et est parmi les toutes premières lignes à être mise en service pour la communauté scientifique française et étrangère. J’ai également mis en place une installation d'étude des cinétiques de luminescence avec résolution temporelle sub-picoseconde (450 fs) par mélange de fréquences. Le thème général de ce travail est l’étude des processus de relaxation et d'interaction entre les excitations électroniques créées par des impulsions ultra brèves femtosecondes de photons IR, UV et VUV-XUV dans les solides diélectriques massifs et des nano particules. L’observable principale utilisée est la luminescence émise par ces systèmes, résolue spectralement et en temps sur des échelles allant de la µs à des temps sub picosecondes. Ce travail a abouti à une avancée sensible de la description des processus principaux de formation et d’évolution des excitations électroniques. La comparaison et l’interprétation des données expérimentales obtenues pour des nano particules et des cristaux ont permis d’élucider certaines propriétés spécifiques de ces systèmes. / The work during this Ph.D. was a development of a source of high order harmonics generation based on amplified Ti:Sapphire femtosecond laser with repetition rate 1kHz (AURORE). The beam line constructed in CELIA has on its exit a VUV-XUV focalized beam; it may has wide spectrum or monochromatic in spectral range from 10nm up to 73nm (17-120eV). This beam line is in operation and is using for experiments for solid state VUV spectroscopy, photoelectron spectroscopy etc. Also it was installed a system for detection of luminescence with sub-picosecond time resolution (450fs) based on the nonlinear effect – generation of sum of two light frequencies. The main subject of this work was the study of processes of relaxation and interaction of electronic excitations, created by ultra-short pulse of IR, UV or XUV in dielectric crystals and nanoparticles. Out method is based on observation of luminescence with spectral and time resolution up to sub-picosecond temporal resolution. This study has given new experimental results for description of fundamental processes of creation and evolution of electronic excitations. Comparison and interpretation of experimental data of semiconductor nano-particles and monocrystals gave some interpretations of extra-fast luminescence of these systems.

Les microscopes en champ proche permettent d'obtenir la topographie d'un échantillon avec une résolution pouvant atteindre la résolution atomique. Les spectroscopies de rayons-X sont des méthodes de caractérisation qui permettent de déterminer la composition et la structure élémentaire de l'échantillon avec une précision inférieure à l'Ångström. Nous avons choisi de coupler ces deux techniques en collectant localement la luminescence visible issue de l'échantillon par la pointe-sonde d'un microscope à force de cisaillement, constituée d'une fibre optique effilée de faible ouverture. Cette technique a été utilisée pour caractériser des échantillons semiconducteurs micro- et nano-structurés afin d'en obtenir simultanément la topographie et la cartographie de luminescence locale. Afin de pouvoir étendre ce concept à d'autres types de matériaux, la faisabilité de la collecte de la fluorescence X locale a été évaluée avec la microsource. Pour cela la fluorescence X émise par un échantillon a été collectée par un capillaire cylindrique équipant un détecteur EDX. L'influence du diamètre du capillaire sur le niveau de signal a été mesurée. Une simulation numérique a été développée afin d'estimer le niveau de signal obtenu en utilisant un capillaire de 1 µm de diamètre et d'optimiser la géométrie du système. En couplant la microscopie en champ proche et l'analyse XRF, à la lumière de ces résultats, il sera possible d'atteindre 100 nm de résolution latérale en environnement synchrotron et moins de 1 µm à l'aide d'une source de laboratoire. Il serait alors possible de sélectionner un objet particulier sur une surface et d'en faire l'analyse élémentaire. / Scanning Probe Microscopes allow to obtain sample topography up to atomic resolution. X-ray spectroscopies allow elemental and structural analysis of a sample with accuracy better than 1 Å. The lateral resolution is limited by the primary beam diameter, currently a few µm². We have chosen to couple this two technics. Local sample visible luminescence is collected through a low aperture sharp optical fibre, probe of a shear force microscope. This technique was used to characterize microstructured semiconducting samples to achieve simultaneously the surface topography and luminescence mapping. The results were obtained using either synchrotron radiation or a laboratory microsource equipped with a polycapillary lens. To extend this concept to a wider variety of materials, local XRF collection by an EDX detector equipped with a cylindrical X-ray capillary was tested. A cobalt sample irradiated with the microsource was used for technique evaluation. The signal magnitude dependence with the capillary diameter was measured. Modelling and numerical calculations were developed to estimate the signal magnitude that could be detected using a 1 µm diameter capillary. The optimal system geometry was determined. Scanning Probe Microscopy combined to XRF analysis could thereby lead to simultaneous acquisition of sample topography and chemical mapping. The expected lateral resolution using synchrotron radiation is 100 nm while sub 1 µm resolution is realistic with a laboratory source. This technique would allow to point a peculiar micro- or nano-object on the surface and to perform its chemical analysis.

Au cours des dernières années, l’imagerie médicale est devenue l’une des techniques les plus puissantes dans le domaine du diagnostic médical et des recherches biomédicales. Avec le développement de l’imagerie moléculaire, les sondes sensibles permettant l’imagerie multimodale des événements moléculaires sont alors nécessaires.Dans ce travail, nous présentons la conception et la synthèse des complexes de lanthanides dans le but de développer des agents de contraste intelligents pour la détection de l’activité enzymatique par IRM (T1/CEST) et l’imagerie optique. Les complexes conçus s’articulent autour d’un chélate de lanthanide macrocyclique joint avec une amino pyridine qui est liée à un déclencheur enzymatique sensible (e.g. galactoside) par un espaceur auto-immolatif. Celui-ci est censé modifier temporairement, en fonction de la présence d’enzyme, les propriétés magnétiques et photo-physiques du complexe. Le concept a été validé sur un composé modèle sans déclencheur. Bien qu’aucune différence de relaxation n’ait été observée entre les modèles de forme enzymatique activée et non-activée qui empêche l’utilisation de T1-IRM, des effets ParaCEST différents dépendant du lanthanide, ont été observé. En outre, un effet CEST inconnu a été affecté à la fonction carbamate. Des études photo-physiques préliminaires ont montré également des propriétés différentes des deux formes et ont confirmé le potentiel de ces complexes comme agents de contraste enzymatiques sensibles bimodals. La synthèse de la sonde enzymatique sensible a été tenté par trois voies différentes et a finalement été effectué dans un processus de treize étape qui restait à être optimisé. Une étude sur la relation ‘structure-activité’ a été lancée avec la synthèse des isomères de position sur la pyridine du composé modèle / Over the last decade, medical imaging has evolved into one of the most powerful technique in diagnostic clinical medicine and biomedical researches. With the development of molecular imaging responsive probes allowing multimodal imaging of molecular events are then required.In this work, we present the design and the synthesis of lanthanide complexes with the aim of developing smart contrast agents for the detection of enzyme activity by MRI (T1 / CEST) and Optical Imaging. The designed complexes are built around a macrocyclic lanthanide chelate appended with an amino pyridine which is linked to an enzyme-sensitive trigger (e.g. galactoside) via a self-immolative linker. The latter is supposed to modify temporarily and in an enzyme dependent way the magnetic and photo-physical properties of the complex. The concept was first validated on a model compound without trigger. Although no difference of relaxivity was observed between models of the enzyme-activated and non-activated forms precluding the use in T1-MRI, different paraCEST effects were observed and found dependent on the lanthanide. Moreover, a previously unknown CEST effect was assigned to a carbamate function. Preliminary photo-physical studies showed also a different behavior of the two forms and confirmed the potentiality of these complexes as enzyme responsive bimodal contrast agent. The synthesis of the enzyme-responsive probe has been attempted by three different pathways and was finally achieved in a thirteen-step process which remained to be optimized. A “structure activity” relationship study has been initiated with the synthesis of positional isomers on the pyridine of the model compound

Le transfert d'énergie par résonance de type Förster (FRET) est un transfert d'énergie non radiatif d'un donneur à un accepteur à proximité. En raison de sa dépendance de la distance extrêmement sensible entre env. 1 et 20 nm, FRET joue un rôle important dans la nanobiotechnologie. Ainsi FRET peut être utilisé comme système de transduction du signal, mais aussi pour l'estimation de la distance entre le donneur et l'accepteur.Les accepteurs de FRET utilisés dans ce travail étaient des nanocristaux semi-conducteurs (quantum dots, QD). Ce type de luminophore est bien connu pour ses propriétés photophysiques supérieures. Leur absorption forte et spectralement large, et leur photoluminescence (PL) brillante et spectralement fine et de l'accordabilité spectrale de la PL sont idéalement adaptés aux applications de FRET. La combinaison des QDs comme accepteurs de FRET avec des complexes luminescents de terbium (CLT) comme donneurs permet des grandes distances de FRET (> 10 nm). La distance de FRET est caractéristique d'une paire FRET et décrit la distance à laquelle l'efficacité de FRET est égale à 50%. CLT sont idéal comme donneurs de FRET parce qu'ils fournissent des longues durées de vie des états excités à l'ordre de la milliseconde. Cette longue période de décroissance de PL permet de mesurer en temps décalé pour une répression d’autofluorescence et la PL des QDs directement excités, ce qui augmente fortement la sensibilité de détection. Les bandes d'émission de PL structurés de CLT et la PL accordable de QDs sont idéales pour l'application dans le diagnostic multiplexé.La thèse se compose de deux parties. Dans la première le couple FRET CLT-QD a été utilisé dans des immunodosages de FRET homogènes pour la détection de marqueurs biologiques antigène prostatique spécifique (TPSA), énolase specifique des neurones (NSE), antigène carcino-embryonnaire (CEA), et le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR). La sensibilité du dosage immunologique a été optimisé en utilisant des différents types d'anticorps IgG, F (ab')2, F (ab), et pour EGFR un anticorps de chaîne lourde unique. Des limites de détection picomolaires étaient réalisées en utilisant des échantillons de sérum de petit volume et des mesures sur des lecteurs de microplaques cliniques. Une étude détaillée des différents systèmes de FRET en utilisant la spectroscopie résolue en temps a été réalisée pour étudier l'influence des différents anticorps sur la distance, la fonctionnalité, et la sensibilité des immunodosages. L'étude a été complétée par la mesure de NSE et CEA dans un format duplexé et des échantillons réels de patients.Dans la deuxième partie le FRET pour des mesures de distance nanométriques (réglette moléculaire ou spectroscopique) étaient étudiés. FRET en résolution temporelle a permis de calculer la distance entre le donneur et l’accepteur. Par conséquent, deux stratégies de liaisons différentes ont été étudiées pour établir une proximité entre le CLT et le QD : la reconnaissance biotine-streptavidine et l’auto-assemblage médié par polyhistidine. Une étude en résolution temporelle détaillée a été effectuée avec des QDs de différentes tailles, formes et revêtements de surface combiné avec des CLT liés à trois différentes biomolécules. L'analyse des courbes de décroissance multiexponentielle des donneurs et accepteurs permettait à obtenir des informations sur la taille, la forme et la biofonctionnalité des bioconjugués CLT-QD. Les résultats étaient en accord avec d'autres méthodes d'analyse de structure, telles que la microscopie électronique à transmission (MET) ou la diffusion de lumière dynamique (DLS), mais avec l'avantage d'une mesure homogène à la résolution 3-dimensionelle (impossible pour le MET), sans l'inclusion d'une couche d'hydratation (l’inconvénient de DLS) et en faible concentration dans le même environnement que celui utilisé pour l'application biologique. / Förster resonance energy transfer (FRET) is a non-radiative energy transfer from a donor to an acceptor in close proximity. Due to its extremely sensitive distance dependence in the 1 – 20 nm range, FRET plays an important role in nanobiotechnology. Thereby FRET can be used as signal transduction system but also for the distance estimation between donor and acceptor. The selected FRET acceptors in this work were semiconductor nanocrystals (quantum dots, QDs). This type of luminophore is well known for its superior photophysical properties. Their strong and broad absorption and their bright, narrow-band, and size-tunable photoluminescence (PL) emission make QDs ideally suited for FRET application. Combing QDs as FRET acceptors with luminescent terbium complexes (LTC) as FRET donors offers exceptionally large Förster distances of more than 10 nm. The Förster distance is characteristic of a FRET pair and is the distance at which the FRET efficiency equals 50 %. A large Förster distance is desirable as it offers the detection of biological interactions over large distances. LTC are suitable FRET donors for QDs because they provide long excited-state lifetimes in the millisecond range. This long PL decay time enables time-gated measurements for the suppression of autofluorescence and PL of directly excited QDs, which strongly increases the detection sensitivity. Additionally, the structured PL emission bands of LTCs together with the size-tunable PL emission bands of QDs make this FRET pair ideal for the application in multiplexed diagnostics, which is the measurement of multiple biomarkers in a single sample.The PhD thesis consists of two parts. In the first part the LTC-QD FRET pair was used within homogeneous FRET immunoassays for the detection of the biomarkers prostate specific antigen (TPSA), neuron-specific enolase (NSE), carcinoembryonic antigen (CEA), and epidermal growth factor receptor (EGFR). The immunoassay sensitivity was optimized using different types of antibodies IgG, F(ab’)2,F(ab), and for EGFR single heavy chain antibodies, which differ largely in their size. The use of small-volume serum samples and measurements on clinical as well customized fluorescence plate readers result in picomolar detection limits for all measured biomarkers. In addition to these QD-based in vitro diagnostic tests, a detailed study of the different FRET-systems using time-resolved spectroscopy was performed. The investigation revealed the influence of the different antibodies on distance, functionality, and sensitivity of the FRET immunoassays. The study was completed by the measurement of NSE and CEA in a duplexed format and real patient samples were investigated.The second part was to use FRET for nanometric distance measurements as molecular or spectroscopic ruler. Time-resolved FRET measurements enabled the calculation of the distance between donor and acceptor. Therefore two different binding strategies were investigated to establish a close proximity between the LTC-donor to the QD-acceptor, namely biotin-streptavidin recognition and polyhistidine mediated self-assembly. A detailed time-resolved study was performed of QDs with different sizes, shapes, and surface coatings in combination with LTC bound to three different host biomolecules, which also possessed different sizes, shapes, orientations, and binding conditions. The analysis of the multi-exponential decay curves of donor and acceptor allowed to obtain information about the size, shape, and biofunctionality of the investigated QD bioconjugates. The results were in agreement with other structural analysis methods, such as transmission electron microscopy (TEM) or dynamic light scattering (DLS), but with the advantage of a homogeneous measurement with three-dimensional resolution (not possible for TEM), without the inclusion of a hydration shell (drawback for DLS), and at low concentration in the same environment as used for the biological application.

Cette thèse se focalise sur le design, la synthèse et la caractérisation photophysiques de complexes de platine(II) neutres contenant un ligand chromophore tridenté et un ligand auxiliaire monodenté avec des groupes fonctionnels différents. De tels complexes montrent des changements drastiques de leurs propriétés de photoluminescence à cause de leur auto-assemblage, déclenché par l’établissement de faibles liaisons non covalents tels que l’empilement p-p et des interactions métallophiliques. Il a été démontré que ces complexes de platine(II) peuvent être attaché de manière covalente à des surfaces de silice et d’or mais aussi encapsulé dans des particules de polymère. Les propriétés d’autoassemblage de complexes de platine(II) amphiphiles ont également été étudiées en détails. Comprendre le comportement d’un complexe de platine dans un mélange de solvant nous a permis d’en apprendre plus sur le co-assemblage supramoléculaire de deux complexes de platine(II) différents. Cette approche conduit à la formation de fibres solvatochromiques avec des propriétés photophysiques spécifiques et réversibles. Les composés étudiés et leur auto-assemblage sonti ntéressant pour le développement de nouveaux matériaux fonctionnels aux applications sensoriels et réactives à certains stimuli. / This thesis focuses on the design, synthesis and the photophysical characterisation of luminescent neutral platinum(II) compounds containing a tridentate chromophoric ligand and a monodentate ancillary moiety with different functionalities. Such complexes exhibited drastic changes to their photoluminescence properties upon self-assembly, triggered by the establishment of weak noncovalent p-p stacking and metallophilic interactions. It was demonstrated that these platinum(II) complexes can be covalently attached to silicon and gold substrates but also encapsulated into polymer particles. The self-assembly properties of amphiphilic platinum(II) complexes have also been intensively studied. Understanding the behaviour of one complex in a solvent mixture allowed further investigation into the supramolecular co-assembly of two different platinum(II) complexes. This approach leads to the formation of solvatochromic fibers with specific and reversible phototophysical properties. The investigated compounds and their assemblies were useful for the development of novel functional materials for sensing or stimuli-responsiveness applications.