Soutenance de Thèse de Lijie He : Elaboration et évaluation d'une nouvelle hétérostructure Ag/TiO2 destinée à la détection par effet SERS sans marquage d'ADN

Directors of thesis
Dr. V. Stambouli-Sené, CNRS, LMGP, IMBM team & Dr. Michel Langlet, CNRS, LMGP, FM2N team

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Des substrats SERS, élaborés selon une approche simple et à moindre coût et adaptés à la détection sans marqueurs de molécules d’ADN, ont été étudiés en vue d’applications dans le domaine du diagnostic médical. Un protocole de réduction photocatalytique assistée chimiquement conduisant à des hétérostructures Ag° / TiO₂ a été optimisé. Nous avons montré en quoi l’utilisation d’un agent encapsulant et d’une procédure de nucléation-croissance permettent de contrôler la formation et l’agrégation de NPs Ag° à la surface de couches minces TiO₂. L’agrégation contrôlée des NPs conduit à son tour à des points chauds induisant une très forte amplification de l’effet SERS. Les performances des substrats SERS ont tout d’abord été validées par des mesures par spectroscopie Raman portant sur la détection de la molécule R6G. Des études de fond, portant sur la détection d’homo-nucléotides (polybases) dérivés des quatre nucléobases constituant la structure de l’ADN, adénine (A), cytosine (C), guanine (G) et thymine (T), ont ensuite été réalisées. Le potentiel de détection des hétérostructures Ag° / TiO₂ a conduit à l’indexation quasi-intégrale des bandes Raman des quatre polybases étudiées, modifiées ou non avec des groupements NH₂, et nous a permis de discuter des effets d’accrochage, d’orientation et d’agencement des molécules d’ADN sur les hétérostructures Ag° / TiO₂. Des études complémentaires ont finalement permis de confirmer le potentiel de détection de nos hétérostructures en fournissant différents aperçus sur l’hybridation des polybases et l’association de différentes polybases sur un même substrat SERS.

Abstract
SERS substrates, elaborated through a simple and low-cost procedure for the label-free detection of DNA molecules, have been studied in the view of applications in the medical diagnostic field. A chemically assisted photocatalytic reduction protocol leading to Ag° / TiO₂ heterostructures has been optimized. We have shown how the use of an encapsulating agent and a nucleation-growth procedure enables to control the formation and aggregation of Ag° NPs at the surface of TiO₂ thin films. The controlled aggregation of NPs leads in turn to hot points inducing a very strong amplification of the SERS effect. Performances of the SERS substrate have first been evaluated through Raman spectroscopy measurements dealing with the detection of the R6G molecule. Thorough studies dealing with the detection of homo-nucleotides (polybases) derived from the four nucleobases constituting the DNA structure, adenine (A), cytosine (C), guanine (G), and thymine (T), have then been conducted. The detection potential of the Ag° / TiO₂ heterostructures enabled a nearly exhaustive indexation of the Raman bands for the four studied polybases, modified or not with NH₂ groups, and to discuss on binding, orientation, and ordering effects of the DNA molecules on the Ag° / TiO2 heterostructures. Complementary studies finally enabled us to confirm the detection potential of our heterostructures by providing different insights on the polybase hybridization and the association of different polybases on a same SERS substrate.

Jury members