Modeling and analysis of nonlinear optical properties of dyes embedded in increasingly complex environments, up to the lipid bilayer
: A quantum mechanics and molecular dynamics study

Traduction de l'intitulé de la thèse: Modélisation et analyse des propriétés optiques non linéaires de colorants insérés dans des encironnements de plus en plus complexes, jusqu'à la bicouche lipidique: Une étude de mécanique quantique et de dynamique moléculaire
  • Charlotte Bouquiaux

Student thesis: Master typesMaster en sciences chimique à finalité approfondie

Résumé

La plupart des molécules biologiques possèdent peu de groupements avec des propriétés optiques exploitables. L’utilisation de chromophores extrinsèques peut donc augmenter le contraste des tissus lors de la collection de données de microscopie. Les colorants de la famille AminoNaphtylEthenylPyridinium (ANEP) sont habituellement utilisés comme sondes fluorescentes. De plus, ces chromophores sont, depuis quelques années, également employés dans le cadre de la Génrération de Seconde Harmonique (SHG). En effet, la SHG un phénomène optique non linéaire (NLO) du second ordre qui possède, par rapport à la fluorescence, l’avantage que le signal ne provient que de regions non centrosymetriques, ce qui fournit de meilleurs contrastes.
Ce travail se concentre sur la characterisation des propriétés SHG des chromophores du type ANEP, la première hyperpolarisabilité () au niveau moléculaire, en employant des méthodes de chimie quantique. En particulier, une procédure à deux étapes a été élaborée et mise au point afin de décrire ces colorants dans des environnements de plus en plus complexes, de la phase gas diluée, à la solution, pour finir par les bicouches lipidiques (ici construite à partir de dipalmitoylphosphatidylcholine,
DPPC). La première étape de la méthode utilise la Dynamique Moléculaire
(MD) pour prendre en compte le comportement dynamique du chromophore d’intérêt, ainsi que
ses environnements. Pour ces simulations, les champs de forces sont soit validés par confrontation
à des données expériementales soit re-parametrisés en fonction de calculs de théorie de la fonctionnelle
de la densité. Ensuite, pour des snapshots sélectionés extraits des simulations de MD, les
réponses NLO du chromophore avec son environnement le plus proche sont calculées en utilisant
la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps. Les simulations ont révélé une
augmentation significative de la réponse SHG en prenant en compte les fluctuations géométriques,
ainsi qu’en allant de la solution aqueuse à la bicouche lipidique. Dans tous les cas, ces variations
peuvent être reliées à des variations géométriques (alternance de longueurs de liaison et angles
dihèdres). Une étude compémentaire s’est interessée aux relations structure- dans des composés
dérivés d’ANEP, à l’analyse de l’impact de la taille des substituants et du pont -conjugué ainsi que
la position de substituants donneur/accepteur, avec le but de concevoir des colorants SHG efficaces.
la date de réponse2019
langue originaleAnglais
L'institution diplômante
  • Universite de Namur
SuperviseurBenoit CHAMPAGNE (Promoteur)

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