4.4.1 Apprêtage de la surface d’or et croissance de la coquille
de silice
Plusieurs techniques ont été développées dans la littérature afin de déposer une coquille de silice sur une surface d’or(20,13,21). Dans le cas spécifique des nanocoquilles d’or, le
groupe de Bardhan et al.(21) propose d’utiliser la méthode de type Stöber pour hydroly-
ser et condenser le précurseur silane TEOS en milieu alcalin afin de déposer directement la silice sur la surface de l’or. Les premiers résultats selon la méthode standard ont pré- senté un bon potentiel. Une fine couche irrégulière de silice est visible sur la coquille d’or à la figure 4.10a. Cependant, même en faisant varier les quantités des principaux réactifs (TEOS, NH4OH et NPs), la coquille de silice reste toujours incomplète. De plus,
il y a toujours une seconde nucléation lors de la croissance, ce qui crée des amas de silice dans le milieu.
Ces résultats montrent que la silice ne semble pas adhérer préférentiellement sur la surface des nanocoquilles. Tout comme à l’étape de synthèse des coquilles d’or, la surface doit être modifiée afin d’augmenter l’affinité de la silice avec l’or. Le fait d’avoir utilisé le polymère polyvinylpyrrolidone (PVP) en surface des nanocoquilles ne semble pas aider à la déposition de la couche de silice, comme rapporté dans la publication du groupe de Graf et al.(17). En utilisant l’agent de liaison APTS, comme à l’étape
de la fonctionnalisation de surface des cœurs de silice, une couche continue a pu être synthétisée. Deux paramètres clé jouent un rôle important dans l’obtention d’une couche de silice continue. Le premier est la purification de l’échantillon après l’adhésion de l’APTS, afin d’enlever l’excès de réactif avant de procéder à la croissance de la coquille de silice. Lorsque l’échantillon n’est pas purifié, il y a beaucoup de nucléation secondaire et d’agrégats de particules prises dans la silice. Le deuxième paramètre à considérer est la dilution des échantillons. En diluant ceux-ci, la formation d’agrégats a été diminuée drastiquement. Avant d’optimiser ces paramètres de réaction, le spectre d’extinction des nanocoquilles était plus large en comparaison à celui mesuré avant le dépôt de silice. L’agrégation était aussi visible par la formation rapide d’un dépôt dans les échantillons.
(a) Coquille de silice incomplète (b) Coquille de silice complète avec agran- dissement de la coquille en encadré
Figure 4.10 – Images MET des nanocoquilles d’or après le dépôt de la coquille de silice
4.4.2 Croissance de la coquille de silice
Avec l’apprêtage de la surface par l’APTS, la coquille de silice fluorescente a pu être synthétisée avec la méthode de type Stöber. Le procédé est similaire à la recroissance du cœur de silice. Avec les quantités décrites dans le protocole de synthèse, les coquilles de silice externes ont en moyenne une épaisseur de 15 nm. Comme présenté à la figure4.10b, la coquille reproduit les formes irrégulières de la couche d’or. En analysant les images MET de ces coquilles de silice, il en a été déduit que la forme irrégulière est causée par de multiples points de nucléation en surface de l’or. Dans l’encadré de la figure
4.10b, il est possible de voir des zones plus sombres dans la silice. Cet effet est causé par le chevauchement de deux amas de silice. Le fait que la coquille conserve les formes approximatives de la couche d’or est un comportement attendu. Par contre, lorsqu’il y
a une croissance régulière, l’aspect rugueux est conservé, mais le volume de la couche de silice devrait avoir une densité optique plus uniforme que celle observée dans les images MET. Dû à cet effet, il est difficile de calculer l’épaisseur de la coquille de silice avec précision. Pour l’ensemble des coquilles synthétisées dans ce projet, l’épaisseur moyenne oscille entre 13 et 17 nm d’épaisseur.
Figure 4.11 – Spectre d’extinction normalisé de nanocoquilles d’or avant et après la déposition de la coquille extérieure de silice.
En ajoutant une coquille de silice, le milieu diélectrique de la particule change, ce qui devrait induire un déplacement du mode plasmonique de la particule. Les spectres d’extinction des nanocoquilles avant et après la déposition de la silice à la figure 4.11
sont analogues à quelques différences près. Le déplacement du pic maximal est indis- cernable à cause de l’aspect évasé du sommet. Le spectre de nanocoquilles individuelles n’a pas été fait. Il se peut que dans les mesures d’ensemble, la distribution de taille et de forme masque le déplacement du spectre d’extinction. De plus, les nanoparticules sont purifiées plusieurs fois par centrifugation. Il se peut qu’une partie des particules plus volumineuses aient été perdues déplaçant ainsi le spectre d’extinction. Il est à no- ter qu’afin de ne pas surcharger le graphique de la figure 4.11, les spectres d’un seul échantillon de nanocoquilles (F@Au@S) sont présentés. Néanmoins, comme démontré à la figure 4.14, les spectres d’extinction du plasmon des différents échantillons étaient tous équivalents et le sont toujours après le dépôt de la coquille de silice finale.
Silice fluorescente
Tout comme à la section 4.1.1, la quantité de fluorophores à incorporer dans la silice a été planifiée afin de permettre une bonne fluorescence et d’obtenir un échange FRET lorsque la FITC et la RBITC sont dans la même couche. Lorsque les cœurs ont été synthétisés, il avait été planifié d’utiliser les mêmes ratios de mole de fluorophore par mole de TEOS dans les coquilles extérieures. Cependant, lors de tests préliminaires pour caractériser la fluorescence des nanocoquilles, il s’est avéré que la fluorescence de la FITC dans les cœurs était diminuée de 27 fois par la présence de la coquille métallique. Comme il a été discuté à la section de méthodologie 4.6, cette diminution de signal rend les nanoparticules difficiles à caractériser, car le ratio signal sur bruit est faible. Suite à ces observations, nous avons décidé d’utiliser un ratio mFluo
mTEOS 5 fois plus
élevé dans les coquilles de silice externe. Cela permettra d’obtenir un signal fluorescent plus élevé en comparaison à celui des cœurs et d’augmenter le ratio signal sur bruit.
4.4.3 NPs de référence SiO
2@SiO
2@SiO
2Dans ce projet, des nanoparticules de référence ont été utilisées afin d’obtenir le temps de vie des fluorophores sans l’action de la coquille métallique. En utilisant les mêmes cœurs de silice dopée que les nanocoquilles d’or, il a été possible de déposer une couche de silice non dopée de fluorophore faisant office d’espaceur en remplacement de l’or. De cette manière, la coquille de silice externe dopée est séparée des cœurs fluorescents. Cette structure a été développée en réponse à l’instabilité des fluorophores dans la matrice de silice quand venait le temps de dissoudre la coquille d’or. Étant donné que le temps de vie de fluorescence est sensible à l’environnement local des molécules, il faut conserver l’intégrité des nanoparticules afin de pouvoir comparer ces données avec celles des nanoparticules avec coquille d’or.
La méthode employée est la même que pour la recroissance des cœurs de la première étape de synthèse. Les mêmes conditions de réaction ont été employées lors de la syn- thèse de recroissance. Les nanoparticules montrées à la figure4.12a ont un cœur de 107 ± 11 nm et une coquille de 7 ± 3 nm. L’ajout de la dernière couche de silice fluorescente a mené à une coquille de 22 ± 5 nm d’épaisseur (voir fig : 4.12b). Malheureusement, le dépôt successif de plusieurs couches de silice a favorisé la formation de particules soudées les unes aux autres. Ces particules n’ont pas exactement les mêmes dimensions que les nanocoquilles d’or utilisées dans le projet. C’est pour cette raison qu’elles n’ont pas été utilisées dans les analyses d’intensité de fluorescence. Cependant, étant donné
(a) Coeur de silice avec coquille de si- lice en remplacement de la coquille d’or SiO2@SiO2
(b)Coeur de silice avec coquille de silice en remplacement de la coquille d’or et coquille de silice extérieure SiO2@SiO2@SiO2 Figure 4.12 – Images MET des nanoparticules de silice de référence.
que les analyses de temps de vie de fluorescence sont indépendante de la concentra- tion, mais sensible à l’environnement local des molécules, ces particules seront utilisées comme point de référence dans les résultats présentés dans les sections suivantes.