Thèse Nouvelles Approches à la Nanothermométrie H/F

Université Grenoble Alpes

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : CSV- Chimie et Sciences du Vivant
Laboratoire de recherche : Institut Néel
Direction de la thèse : Xavier CATTOEN ORCID 0000000310720573
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-09T23:59:59

La nécessité de créer des instruments capables de surveiller avec précision la température locale à l'échelle nanométrique se fait de plus en plus sentir au fur et à mesure que les nanotechnologies progressent. Ces nanothermomètres pourraient être utiles en nanoélectronique et en nanomédecine, entre autres applications. Malgré les récents développements en nanothermométrie, un certain
nombre de problèmes rendent encore ces méthodes impraticables, comme la faible biocompatibilité, la résolution limitée de la température, les temps de réponse retardés, la synthèse élaborée et l'équipement coûteux.
Dans le cadre de ce projet de doctorat, nous travaillerons sur deux familles de nanothermomètres, en essayant d'améliorer leur efficacité pour les applications biologiques. D'une part, nous nous concentrerons sur les nanoparticules mésoporeuses périodiques d'organosilice (nanoPMO) encapsulant des paires de colorants. Un article préliminaire a montré très récemment que de telles
architectures offrent la possibilité de surveiller la température à l'échelle nanométrique avec une grande luminosité.
Cependant, de grandes nanoparticules submicroniques ont été utilisées avec de bonnes propriétés uniquement avec la lumière visible, et on sait peu de choses sur la photostabilité des nanosystèmes et sur la possibilité de les utiliser dans des milieux biologiquement pertinents. Les connaissances sur le contrôle de la taille et de l'organisation des pores des nanoPMOs seront cruciales pour développer
des nanoparticules lumineuses encapsulant une grande quantité de colorants excités et émettant dans le proche infrarouge et fonctionnalisés pour fonctionner dans des milieux biologiquement pertinents. D'autre part, nous utiliserons les nanocristaux de YAG:NdYb récemment étudiés en laboratoire. Ces nanocristaux peuvent être sondés dans le proche infrarouge (808/1030-1064 nm), présentent une excellente résolution en température à l'état de poudre (0,16 K) et pourraient également être utilisés en solution après avoir été recouverts d'une couche de silice. Cependant, la porosité de la silice réduit la luminosité et donc la résolution de la température à 0,6 K. Nous devons donc envisager de nouvelles voies sol-gel pour le revêtement de silice afin de créer un revêtement de silice (organo)dense et d'améliorer la luminosité globale des nanosystèmes. Cela permettra également de fonctionnaliser les nanoparticules pour une meilleure biocompatibilité.
Ce projet conduira donc à une comparaison quantitative et qualitative de différents nanothermomètres, en étudiant des caractéristiques telles que la précision, la réversibilité, la reproductibilité et la plage de temps pour la mesure de la température. En outre, il permettra de mieux comprendre l'échauffement local par l'effet photothermique. Enfin, ce projet aboutira à des nanothermomètres dotés d'une
résolution thermique optimale et adaptés aux applications biologiques.

This PhD studies follow recent work of the OPTIMA team at Inst Néel, in particular in the domain of nanothermometry and sol-gel synthesis of periodic mesoporous organosilica nanoparticles.
Our lab was receltly equipped with a state-of-the-art spectrofluorimeter enabling excellent measurments of luminescence.