The homo and hetero dimerisation of two spectroscopically different chromophores were studied, namely: 4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diazas-indacene (g-BODIPY) and its 5-styryl-derivative (r-BODIPY). Various spectroscopic properties of the r-BODIPY in different common solvents were determined. It was shown that g- and r-BODIPY in the ground state can form homo- as well as hetero dimers. We demonstrate that the ganglioside GM1 in lipid bilayers of 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DOPC) exhibits a non-uniform lateral distribution, which is an argument in favour of self-aggregation of GM1 being an intrinsic property of the GM1. This was concluded from energy transfer/migration studies of BODIPY-labelled gangliosides. An algorithm is presented that quantitatively accounts for donor–donor energy migration (DDEM) among fluorophore-labelled proteins forming regular non-covalent polymers. The DDEM algorithm is based on Monte Carlo (MC) and Brownian dynamics (BD) simulations and applies to the calculation of fluorescence depolarisation data, such as the fluorescence anisotropy. Thereby local orientations, as well as reorienting motions of the fluorescent groups are considered in the absence and presence of DDEM among them. A new method, in which a genetic algorithm (GA) was combined with BD and MC simulations, was developed to analyse fluorescence depolarisation data collected by the time-correlated single photon counting technique. It was applied to study g-BODIPY-labelled filamentous actin (F-actin). The technique registered the local order and reorienting motions of the fluorophores, which were covalently coupled to cysteine 374 (C374) in actin and interacted by means of electronic energy migration within the polymer. Analyses of F-actin samples composed of different fractions of labelled actin molecules revealed the known helical organiszation of F-actin, and demonstrated the usefulness of this technique for structure determination of complex protein polymers. The distance from the filament axis to the fluorophore was found to be considerably less than expected from the proposed position of C374 at a high filament radius. In addition, polymerisation experiments with BODIPY-actin suggest a 25-fold more efficient signal for filament formation than pyrene-actin.

Les travaux de cette thèse présentent la synthèse par une polymérisation RAFT en miniémulsion de nanoparticules fluorescentes (NPFs) polymères à coeur BODIPY copolymérisé au styrène et à couronne hydrophile biocompatible et fonctionnalisable à base de poly(oxyde d'éthylène) et de poly(acide acrylique). Les propriétés de fluorescence de ces NPFs ont été étudiées par spectroscopie de fluorescence stationnaire et résolue en temps. L'élaboration de la synthèse de ce type de NPFs, et la mise au point d'un procédé "one-pot" sont présentés dans un premier temps. Ensuite, les propriétés spectroscopiques de ces NPFs sont étudiées, notamment l'influence de la concentration en monomères de BODIPY au coeur des NPFs pouvant mener à la formation d'agrégats peu ou pas fluorescents. Les propriétés spectroscopiques (longueur d'onde d'émission de fluorescence et rendement quantique) du coeur des NPFs ont été modulées. Cela est rendu possible en réalisant la synthèse de monomères de BODIPY portant des groupements aromatiques encombrés, ou présentant différentes fonctions polymérisables. La couronne hydrophile des NPFs a également été modifiée afin d'obtenir différentes répartitions des unités acide acrylique et oxyde d'éthylène dans les chaînes de copolymères en surface. Ces nouvelles NPFs sont également synthétisées par un procédé "one-pot". Enfin, des molécules à fonctions amine (fluorophores, protéines) ont été introduites dans la couronne hydrophile de ces diverses NPFs par une chimie de couplage peptidique sur les fonctions acides carboxyliques. Des nano-senseurs de pH ratiométriques ont ainsi pu être élaborés.