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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes

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23documents trouvés

17005
16/01/2017

Exploration des nanotechnologies ADN pour l'auto-assemblage de nanoparticules d'aluminium et d'oxyde de cuivre : application à la synthèse de matériaux énergétiques

T.CALAIS

NEO

Doctorat : 16 Janvier 2017, 286p., Président: J.P.AIME, Rapporteurs: S.BIDAULT, D.GASPARUTTO, Examinateurs: Y.CHABAL, A.ESTEVE, R.M.SAUVAGE, Directeurs de thèse: C.ROSSI, A.BANCAUD , N° 17005

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Abstract

Over the two last decades, DNA technologies have intensively been studied for the organization of matter at the nanoscale. Thanks to the bio recognition of two complementary DNA single-strands and their hybridization into the famous helicoidally structure, self-assembling of gold nanoparticles into highly ordered micrometer scale crystals has been demonstrated. The aim of this thesis is to explore this new nanotechnology for the self-assembly of Al and CuO nanoparticles driven by DNA hybridization into highly energetic nanocomposites by optimizing contact surfaces between reducer (Al) and oxidizer (CuO). We chose Streptavidin-biotin strategy to functionalize nanoparticles with DNA single strands. More precisely, the functionalization process includes four steps: (i) stabilization of Al and CuO nanoparticles into separate colloidal suspensions; (ii) Streptavidin grafting on Al and CuO nanoparticles; (iii) DNA grafting on Al and CuO Streptavidin-modified nanoparticles thanks to the addition of biotin function at the end of the DNA single strands; (iv) mixing of the two colloidal DNA-functionalized suspensions in order to realize the self-assembly. First, we precisely determined, characterized and optimized each step of the functionalization process. Then, we studied more precisely two key points of the process: we analyzed the interaction of DNA bases with technologically relevant oxide surfaces by studying the grafting of Thymidine by theoretical and experimental approaches; and we studied the influence of the coding sequence used for the DNA strands on the quality of the self-assembly, also by theoretical and experimental analyses. Finally, we optimized environmental conditions to realize the self-assembly of DNA-functionalized nanoparticles into energetic nanobiocomposites. Morphologies and energetic properties were established as a function of synthesis conditions, and the control of energetic performances of nanobiocomposites as a function of aggregation process was demonstrated.

Résumé

Les nanotechnologies ADN utilisées pour l’auto-assemblage de nanoparticules d’or ou de métaux nobles ont connu un important développement au cours des vingt dernières années, permettant l’organisation de particules agencées en nano-cristaux, grâce à la reconnaissance biologique inégalable de deux brins complémentaires d’ADN. L’objectif de ces travaux de thèse est d’adapter ces nanotechnologies à l’assemblage de nanoparticules d’Al et de CuO en vue d’élaborer des matériaux composites énergétiques à haute performance, grâce à l’augmentation des surfaces en contact entre réducteur (Al) et oxydant (CuO) par la maîtrise de l’organisation spatiale des nanoparticules. Ainsi, la fonctionnalisation séparée des nanoparticules d’Al et de CuO dispersées en solution colloïdale par des monobrins d’ADN complémentaires doit amener, après mélange des deux solutions colloïdales, à l’agrégation des particules par l’hybridation des brins d’ADN greffés en surface. La stratégie de fonctionnalisation choisie ici est générique : la protéine « Streptavidine » est d’abord greffée sur la nanoparticule, puis le brin d’ADN fonctionnalisé par un groupe biotine à une de ses extrémités, se fixe sur la Streptavidine. Au-delà de l’organisation de la matière à l’échelle nanométrique, l’enjeu double de ces travaux tient dans l’établissement d’un protocole de fonctionnalisation fiable et reproductible, propre aux procédés de micro-électronique, pour envisager un report de ces matériaux sur puce, mais également dans le contrôle des performances énergétiques grâce à l’ADN. Nous avons tout d’abord étudié l’interaction entre les bases de l’ADN et la surface des particules afin d’identifier les interactions non-spécifiques pouvant provoquer une agrégation non-maîtrisée. Dans un second temps, nous nous sommes appliqués à élaborer le protocole en caractérisant précisément chaque étape de fonctionnalisation. Nous avons ensuite étudié l’agrégation des particules fonctionnalisées en fonction de nombreux paramètres expérimentaux telles que la longueur de la chaîne ADN, la séquence de l’oligonucléotide, ou encore la composition saline de la solution. A cause de l’existence d’interactions non-spécifiques, nous avons optimisés ces paramètres de façon à assurer une agrégation dirigée uniquement par l’hybridation des brins d’ADN et améliorer ainsi de façon conséquente l’organisation spatiale des particules et les performances énergétiques des matériaux synthétisés. Enfin, nous avons démontré la possibilité de contrôler les performances énergétiques des nanobiocomposites en maîtrisant leur microstructure grâce à l’ADN.

Mots-Clés / Keywords
Nanothermites; Colloïdes; Auto-assemblage par ADN; Nanoparticules d'Al; Nanoparticules de CuO; Colloids; DNA Self-Assembly; Al nanoparticles; CuO Nanoparticles;

138695
16058
01/01/2017

Role of impurities, defects and their complexes on the trapping of hydrogen in bulk aluminium and on the Al(111) surface

J.M.DUCERE, M.DJAFARI ROUHANI, C.ROSSI, A.ESTEVE

NEO

Revue Scientifique : Computational Materials Science, Vol.126, pp.272-279, Janvier 2017 , N° 16058

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Abstract

First principles calculations are performed to explore and quantify the stability of hydrogen in several Al environments including bulk Al and Al(1 1 1) surface, with the possible presence of vacancies and Mg, Cu and Zn impurities as substitutional defects in bulk or in the surface or as adatoms on the surface. In contrast to common statement, we show that hydrogen has a natural propensity to self-organize in bulk Al and demonstrate that vacancies can serve as nucleation centers for this process leading to massive hydrogen accumulation into aluminum. We then discuss the surface adatom defect and observe that it activates molecular hydrogen dissociation enabling further hydride insertion into bulk Al. Finally, we find that Mg, Cu, or Zn isolated impurities do not significantly impact hydrogen trapping indicating that structural defects rather than the local chemistry of isolated impurities are governing hydrogen accumulation in aluminum.

137733
16413
09/12/2016

De nouveaux matériaux pyrotechniques avancés aux systèmes d'initiation intelligents. Rapport travaux 2016

A.NICOLLET, V.BAIJOT, J-M.POUCHAIRET-RAMONA, A.BELISARIO, A.ESTEVE, C.ROSSI

NEO

Rapport de Contrat : Laboratoire commun IMPYACT, Décembre 2016, 30p. , N° 16413

Diffusion restreinte

138295
16410
09/12/2016

A multi-phase micro-kinetic model for simulating aluminium based thermite reaction

V.BAIJOT, M.DJAFARI ROUHANI, C.ROSSI, A.ESTEVE

NEO

Rapport LAAS N°16410, Décembre 2016, 29p.

Diffusable

138290
16318
14/11/2016

Modélisation et simulation à l'échelle atomique pour le dépôt par couches atomiques des oxydes ultra-minces

A.ESTEVE, M.DJAFARI ROUHANI, Y.J.CHABAL, C.ROSSI

NEO, University of Texas

Conférence invitée : Workshop Réseau des Acteurs Français de l'ALD ( RAFALD ) 2016 du 14 novembre au 16 novembre 2016, Paris (France), Novembre 2016, 1p. , N° 16318

Diffusable

138503
16286
10/11/2016

Simulation à l'échelle atomique en ALD pour les oxydes ultra-minces

A.ESTEVE, M.DJAFARI ROUHANI, C.ROSSI

NEO

Revue Scientifique : Techniques de l'Ingénieur, N°RE259, pp.51-69, Novembre 2016 , N° 16286

Diffusable

137932
16317
10/10/2016

A comprehensive investigation of multilayered thermite ignition

A.NICOLLET, L.MARIN MERCADO, A.BELISARIO, S.ASSIE-SOULEILLE, M.DJAFARI ROUHANI, A.ESTEVE, C.ROSSI

NEO, I2C

Rapport LAAS N°16317, Octobre 2016, 15p.

Diffusable

137679
16296
27/09/2016

Nanothermites/RDX based miniature device for impact ignition of high explosives

L.GLAVIER, A.NICOLLET, F.JOUOT, B.MARTIN, J.BARBERON, L.RENAUD, C.ROSSI

NEO, CNES Launcher Dir., DASSAULT

Rapport LAAS N°16296, Septembre 2016, 9p.

Diffusable

137525
16289
27/09/2016

Rapport DGA 2016: de la physico chimie à la réactivité-sensibilité des aluminothermites à base d'oxydants WO3 et Sb2O3

V.BAIJOT

NEO

Rapport de Contrat : Rapport DGA, Septembre 2016, 5p. , N° 16289

Non diffusable

137513
16295
27/09/2016

General strategy for the design of DNA coding sequences applied to nanoparticles assembly

T.CALAIS, V.BAIJOT, M.DJAFARI ROUHANI, D.GAUCHARD, Y.J.CHABAL, C.ROSSI, A.ESTEVE

NEO, IDEA, University of Texas

Revue Scientifique : Langmuir, Vol.32, N°37, pp.9676-9686, Septembre 2016 , N° 16295

Diffusable

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Abstract

The DNA-directed assembly of nano-objects has been the subject of many recent studies as a means to construct advanced nanomaterial architectures. Although much experimental in silico work has been presented and discussed, there has been no in-depth consideration of the proper design of single-strand sticky termination of DNA sequences, noted as ssST, which is important in avoiding self-folding within one DNA strand, unwanted strand-to-strand interaction, and mismatching. In this work, a new comprehensive and computationally efficient optimization algorithm is presented for the construction of all possible DNA sequences that specifically prevents these issues. This optimization procedure is also effective when a spacer section is used, typically repeated sequences of thymine or adenine placed between the ssST and the nano-object, to address the most conventional experimental protocols. We systematically discuss the fundamental statistics of DNA sequences considering complementarities limited to two (or three) adjacent pairs to avoid self-folding and hybridization of identical strands due to unwanted complements and mismatching. The optimized DNA sequences can reach maximum lengths of 9 to 34 bases depending on the level of applied constraints. The thermodynamic properties of the allowed sequences are used to develop a ranking for each design. For instance, we show that the maximum melting temperature saturates with 14 bases under typical solvation and concentration conditions. Thus, DNA ssST with optimized sequences are developed for segments ranging from 4 to 40 bases, providing a very useful guide for all technological protocols. An experimental test is presented and discussed using the aggregation of Al and CuO nanoparticles and is shown to validate and illustrate the importance of the proposed DNA coding sequence optimization.

137765
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