Single-molecule spectroscopy : dynamic force spectroscopy to probe peptide/gold interaction and tip enhanced Raman spectroscopy on rotaxane

Spectroscopies à l'échelle de la molécule individuelle : dynamique de force pour l'interaction d'oligopeptides sur or et diffusion Raman exaltée par effet de pointe sur rotaxanes

Marie Steffenhagen (1)

1 LISE - Laboratoire Interfaces et Systèmes Electrochimiques

Beyond simply imaging, near-field techniques allow to probe and control molecular interactions onto a reduced number of molecules, if not a single one. In this subject, we took advantage of two local-probe spectroscopies. On the one hand, dynamic force spectroscopy (AFM-DFS) was applied to measure interactions between the oligopeptide CK(AAAAK)2C and a gold surface. It revealed several signatures ranging from 100 to 300 pN and more rarely some signatures above 1 nN. In order to interpret this complex response, we tested the kinetic models of Bell-Evans and Friddle-De Yoreo generally applied in ligand-receptor systems onto our system when the loading rate, i.e. the variation of the applied force per unit of time, is varied. Several interpretation methods including or not the effect of the unfolding of the coupling agent into the loading rate expression were tested. A numeric tool was also developed for the automatic processing of the force curves. Biases related to under-sampling of data, due to manual selection, or due to variables classification and mis-representation were limited by the implementation of tools automating the whole process. On the other hand, coupled to Scanning Tunneling Microscopy (STM), tip enhanced Raman spectroscopy (TERS) allowed us to observe the vibrational signature of a giant rotaxane on a gold substrate. STM images performed in ambient conditions could moreover highlight domains with individual molecules.

La spectroscopie de champ proche couplée à la possibilité de manipuler des nano-objets uniques permet de sonder des interactions dans des conditions de dilution élevées et de manière contrôlée. Dans ce sujet, deux techniques de spectroscopie à sonde locale ont été mises à profit. D'une part, couplée à la microscopie à effet tunnel (STM), la spectroscopie Raman exaltée par effet de pointe (TERS) a été mise à profit pour l'observation de la signature vibrationnelle de rotaxanes adsorbés sur une surface d'or. Les topographies STM (microscopie à effet tunnel) ont permis de caractériser en conditions ambiantes des rotaxanes individuels. D'autre part, la spectroscopie dynamique de force (AFM-DFS) appliquée à l'étude des interactions entre un oligopeptide CK(AAAAK)2C et une surface d'or a révélé plusieurs signatures s'échelonnant de 100 pN à plus de 300 pN, et plus rarement, quelques signatures supérieures à 1 nN. Les expériences de contrôle garantissent la spécificité de l'interaction. Nous avons également testé une correspondance entre les modèles cinétiques appliqués dans les systèmes ligand-récepteur à notre système par variation du taux de charge : Bell-Evans et Friddle-DeYoreo. Plusieurs méthodes d'exploitation, en fonction de l'expression prise pour le taux de charge tenant compte où non de la dynamique de dépliement de l'agent de couplage ont été testées. Un outil numérique a également été développé pour le traitement automatique des courbes de force. Les biais liés au sous-échantillonnage de données, à une sélection manuelle, ou au choix des critères de classement des variables sont limités par la mise en place d'outils automatisant ce processus.

Mots clés: Dynamic force spectroscopy; AFM; Gold

Mots clés: Spectroscopie de force; AFM; TERS; Rotaxane; Or; Peptide

Domaines: Chimie-Physique [physics.chem-ph]

Marie Steffenhagen. Spectroscopies à l'échelle de la molécule individuelle : dynamique de force pour l'interaction d'oligopeptides sur or et diffusion Raman exaltée par effet de pointe sur rotaxanes. Chimie-Physique [physics.chem-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2016. Français. ⟨NNT : 2016PA066746⟩. ⟨tel-02180603⟩