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Laboratoire de Chimie Physique - ELYSE
ELYSE : 3 opérations de recherche
- Photolyse et radiolyse en milieu condensé, Mehran MOSTAFAVI
- Arc en Ciel, Christophe JOUVET
- LOLITA, Fabienne MEROLA
Lasers of ELYSE
Y:VO4
532 nm, 4,50 WOscillateur Ti:Sa 790 nm
78,9 MHz, 4 nJ, 90 fs
Etireur 250 ps
Amplificateur Régénératif1 kHz, 1,2 mJ
Compresseur 1Photolyse 110 fs
Compresseur 2Radiolyse
Nd:YLF 527 nm8,6 W, 1 kHz
Photolyse femtoseconde Arc en ciel Radiolyse
790 nm, 110 fs,1 mJ, 950 Hz
790 nm, 110 fs,1 mJ, 50 Hz
Photolyse femtoseconde
en solutionExpérience de type « pompe-
sonde » d’absorption transitoireMehran MOSTAFAVI, Isabelle LAMPREPremier montage réalisé avec le laser
d’ElyseDébut du montage : 2000
Première expérience : 2001
Principe de l’expérience
Impulsion« pompe »
Impulsion« sonde »
Echantillon
L
t= L/c
LSM M
M M
M
Détection
M: miroir ; LS : lame séparatrice
I0s(,t)
I0ref(,t)
I1s(,t)
I0ref(,t)
I1s(,t)
I0ref(,t<0)
I1s(,t<0)
A(,t) = log - log
LS
M M
Montage expérimental
CCD Spectromètre
LJet
L
Ligneà retardoptique
motorisée395nm264 nm
LS
LS
5% L L
Télescope
M
GSH
GTH
Continuum de lumière blanche
450 - 750 nm
Disque de silice tournant
L
L
λ/2Cristaux doubleurtripleur
790 nm 110 fs
800 µJ 1 kHz
Filtre
Phénomènes photoinduits étudiés
E (eV)
continuum
e-sol
Émissionstimulée
Molécule M (soluté ou solvant)
4,7 eV
4,7 eV
Excitation Ionisation
S0
S1
S2
Sn
M+ + e-
Excitation3,1 eV
AbsorptionS1 Sn
Transient absorption measurement by CCD camera
450 500 550 600 650 700
0.08
0.10
0.12
0.14
10
20
30
40
Tem
ps (p
s)
Longueur d'onde (nm)
Abs
orba
nce
Thèmes de recherche
• Dynamique de solvatation de la Coumarine 153 dans des mélanges de solvants
Collaboration : W. Jarzeba, Krakow, Pologne
• Dynamique de solvatation et réactivité de l’électron généré par photo-ionisation du solvant
Collaboration : S. Pommeret, CEA/Saclay, Y. Katsumura, Tokyo, Japon
Coll. intra-LCP, CTh : P. Pernot
• Solvatation de l’électron en solution aqueuse en présence de sels
Coll. intra-LCP, TESMaC, CTh : A. Boutin, I. Demachy-Vacus, P. Archirel
• Etude des transferts d’électrons et d’énergie au sein de complexes mixtes organiques-inorganiques
Coll. intra-TEMiC : L. Ruhlmann
• Etude des états excités d’hétéropolyanionsColl. intra-TEMiC : L. Nadjo, B. Keita
• Etude de systèmes pour la limitation optiqueColl. intra-TEMiC : H. Remita
Publications “Preferential solvation of coumarin 153 – the role of hydrogen bonding”
R. Krolicki, W. Jarzeba, I. Lampre, M. Mostafavi, J. Phys. Chem. A 106, 1708 (2002)
“Hydrogen Bonded Complexes of Coumarin 153” R. Krolicki, W. Jarzeba, B. Soroushian, I. Lampre, M. Mostafavi, Bull. Pol. Acad. Sci., Chem. 50, 435 (2002)
“Solvation dynamics of electron in ethylene glycol at 300 K”B. Soroushian, I. Lampre, S. Pommeret, M. Mostafavi in Femtochemistry and Femtobiology: Ultrafast Events in Molecular Science, M. M. Martin and J. T. Hynes eds. (Elsevier), 2004, p. 241
“Formation and geminate recombination of solvated electron formation upon two-photon ionisation of ethylene glycol”B. Soroushian, I. Lampre, P. Pernot, V. De Waele, S. Pommeret, M. Mostafavi, Chem. Phys. Lett. 394, 313 (2004)
“First observation of electron paired with divalent and trivalent non-reactive metal cations in water”J. Bonin, I. Lampre, B. Soroushian, M. Mostafavi, J. Phys. Chem. A 108, 6817 (2004)
“Absorption spectrum of the hydrated electron paired with nonreactive metal cations”J. Bonin, I. Lampre, M. Mostafavi, Radiat. Phys. Chem. 74, 288 (2005)
“Solvation dynamics of electron produced by two-photon ionisation of liquids polyols. I. Ethylene glycol”B. Soroushian, I. Lampre, J. Bonin, P. Pernot, S. Pommeret, M. Mostafavi, J. Phys. Chem. A 110, 1705 (2006)
Y:VO4
532 nm, 4,50 WOscillateur Ti:Sa 790 nm
78,9 MHz, 4 nJ, 90 fs
Etireur 250 ps
Amplificateur Régénératif1 kHz, 1,2 mJ
Compresseur 1Photolyse 110 fs
Compresseur 2Radiolyse
Nd:YLF 527 nm8,6 W, 1 kHz
Photolyse femtoseconde Arc en ciel Radiolyse
790 nm, 110 fs,1 mJ, 950 Hz
790 nm, 110 fs,1 mJ, 50 Hz
But: proposer une méthode de fragmentation des peptides induisant des fragmentations différentes et sélectives
très semblable aux molécules neutres: même état électronique fondamental (singulet)la première transition optique est du type (UV ~ 4.5 eV)
combiner laser et spectrométrie de masse: photon : contrôle de l’énergie en excès (voie d’entrée) SM : détection des fragments révèle des processus non radiatif
(voie de sortie)
Particule isolée: propriété intrinsèque sans effet du solvant chargée: facile à détecter par spectrométrie de masse
complémentaire / expériences de collisions (CID) / expériences de fluorescence (radiatif)
Photofragmentation
Pourquoi étudier des molécules protonées isolées?
Electrospray pulsé, laser et SM
Pulsed HVExtraction
TOF 2
tof2=0
Lens
TOF 1
tof1=0
exit lenshexapole bias
2 torr 130 mtorr 2 10-4 torr1 atm
ExitLens
Electrospray Capillary HexapoleIon guide/trap
266 n
m pump
800 n
m prob
e
Mass 161
130 140 150 160140 160mass
Photofragmentation de tryptamine protonée @ 266 nm
132 & 144Fragment type Conversion interne
Perte NH3 Perte H
160, 130 & 131Fragments @ radical
cation
Diminution induitepar absorption UV
croisement / S0 : rapport de branchement perte H/ conversion interne 50%-50% d’après le spectre de masse
couplage : durée de vie
Transfert d’électron du cycle aromatique vers le NH3+
état dissociatif suivant la coordonnée NH du groupement amino protoné
Processus non radiatif dans TrypH+
Perte HRecombinaison atome H
1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
0
1
2
3
4
5
6
en
erg
y e
V
NH distance A
IC
*
*
S0
RI CC2 TurbomoleN : aug-cc-pVDZC,H: SV (P)
durée de vie ? : expérience fs pompe/sonde
chaque fragment est analysé en fonction du délai pompe/sonde
Fragments perte H := 250 fs et plateau
m/z= 160
m/z= 131
m/z= 130
-2000 0 2000 4000 6000 8000
delay 266/800nm (fs)
diminution
gain
Tryp….H+
Tryp+…H
161 TrypH+
130
131
160
Tryp+
Effet du 800nm : apport d’énergie+ énergie => + fragmentsStot > 0 pour fragments secondairesStot < 0 pour fragment primaire
130 140 150 160140 160mass
Sig
nal io
n
h
800
nm
+Stot =
Collaborations internationales• Séoul (programme STAR)
– Institut Pasteur• Dr. Regis Grailhe
• Bayreuth (programme Marie Curie)– Univ. of Bayreuth, Dept Structural Biology/Bioinformatics
• Prof. M. Ullmann, Dr. E. Bombarda
• Moscou (programme ARCUS)– Institut Lebedev
• Dr. T. Syreschikova– Institut de Physico-Chimie Médicale
• Prof. G. Dobretsov, Dr. S. Gularian
Publications ARC EN CIEL.H. Kang, C. Jouvet, C. Dedonder-Lardeux, S. Martrenchard, G. Grégoire, C. Desfrançois, J-P.
Schermann, M. Barat and J.A. FayetonPhys. Chem. Chem. Phys. 6 (2004) 2628.
C. Jouvet, H. Kang, C. Dedonder-Lardeux, S. Martrenchard, C. Charrière, G. Grégoire, C. Desfrançois, J-P. Schermann, M. Barat and J.A. Fayeton
J. Chem. Phys. 122 (2005) 84307
H. Kang, C. Jouvet, C. Dedonder-Lardeux, S. Martrenchard, G. Grégoire, C. Desfrançois, J-P. Schermann, M. Barat and J.A. Fayeton.
Phys. Chem. Chem. Phys. 7 (2005) 394
H. Kang, C. Dedonder-Lardeux, C. Jouvet, G. Grégoire, C. Desfrançois, J.-P. Schermann, M. Barat, and J. A. Fayeton.
J. Phys. Chem. A , 109 (2005) 2417.
H. Kang, C. Dedonder-Lardeux, C. Jouvet, C. Desfrançois, D. Onidas, V. Lepere and J.A. Fayeton
Phys. Chem. Chem. Phys., 2006, 8, 122 - 128
Norihiro Tsuji, Shun-ichi Ishiuchi, Makoto Sakai, Masaaki Fujii, Takayuki Ebata, Christophe Jouvet and Claude Dedonder-Lardeux.
Phys. Chem. Chem. Phys., 2006, 8, 114 - 121
Research Team : M. Mostafavi, J.L. Marignier, V. De Waele, I. Lampre, H. Remita,
S. Sorgues, J. Belloni
Engineer staff : H. Monard, J.P. Larbre, F. Gobert, A. Demarque, M. Lourseau
Picosecond radiolysis and femtosecond photolysis
Installations de radiolyse picoseconde dans le monde
Projet
Existant
Quelques Dates 1997 - 1er Comité de pilotage, choix: accélérateur photo-déclenché, achat du laser 1998 - choix du pour réalisation de l ’accélérateur – installation laser 1999 - choix de l ’entreprise ETPI pour la réalisation du bâtiment 2000 - début des travaux de construction du 349 – création du 2001 : réception du bâtiment, déménagement accélérateur et laser au 349 2002 : premier faisceau – 9 MeV 2003 : obtention 5 ps – 2 nC 2004 : installation des systèmes de détections 2005 : première mesures et accès à l’accélérateur
45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125
0
100
200
300
400
500
600
700
800
6 ps
Data: A02_BModel: Gauss Chi^2/DoF = 1124.29743R^2 = 0.96166 y0 76.66659 ±3.71911xc 82.45716 ±0.07628w 6.02922 ±0.1607A 4745.40507 ±119.86435
unité
arb
itrai
re
durée (ps)
mesures 16 mai 2003ajustement gaussien
LASERLASER
Electron Electron AcceleratorAccelerator
PhotolysisPhotolysis
RadiolysisRadiolysis
1000 impulsions / second1000 impulsions / second
50 impulsions / second50 impulsions / second
electronselectrons
photonsphotons
795 nm795 nm
ultravioletultraviolet
950 impulsions / second950 impulsions / second
50 impulsions / second50 impulsions / second
T
P cc
cc
Laser triggered electron acceleratorLaser triggered electron accelerator
Laser
diode
LaserS
pe c
tro g
rap
hS
trea
kC
amer
a 3
Accelerator Pulse length 7 ps Charge 1 nC Energy 4 to 9 MeV Repetition Rate 50 Hz Energie Dispersion 2,5 % Spot Diameter 2 à 20 mm
Accelerator build and installed (SERA)
-25 0 25
0
50
100
150
200
250
Inte
nsity
Time (ps)
Pulse characteristics
Pulse-Probe Detection System
-20 0 20 40 60
0.00
0.01
0.02
Retard optique (ps)
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08-20 0 20 40 60
Abs
orba
nce
/2m
m
(ps)
Abs
orba
nce
/ 1cm
Pulse-probe measurements
Picosecond absorption spectroscopy with a streak-camera
High dynamics range streak-cameraC7700, Hamamlatsu
RH+
es-
Dynamique de la recombinaison géminée
RO
nsag
er =
50
Å
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
-50 0 50 100 150 200
-0,002
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0,014
H2O
Abs
orba
nce
THF
Absorbance
time (ps)
Distance dependent reaction
0
10
20
0 1000 2000 3000
0
10
20
0
10
20
0
5
abs
orba
nce
(m O
.D.)
100°C
Time delay (ps)
23°C
200°C
350°C
Réactions dans les grappes à hautes températures
Belloni, J., Monard, H., Gobert, F., Larbre, J.P., Demarque, A., De Waele, V., Lampre, I., Marignier, J.L., Mostafavi, M., Bourdon, J.C., Bernard, M., Borie, H., Garvey, T., Jacquemard, B., Leblond, B., Lepercq, P.,
Omeich, M., Roch, M., Rodier, J. & Roux, R. (2005) ELYSE-A picosecond electron accelerator for pulse radiolysis research. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, Section A: Accelerators,
Spectrometers, Detectors, and Associated Equipment, 539 (3), 527-539.
Lampre, I., Lin, M., He, H., Han, Z., Mostafavi, M. & Katsumura, Y. (2005) Temperature dependence of the solvated electron absorption spectra in propanediols. Chemical Physics Letters, 402 (1-3), 192-196.
Boutin A., Spezia R., Coudert F.-X. & Mostafavi M. Molecular dynamics simulations of the temperature and density dependence of the absorption spectra of hydrated electron and solvated silver atom in water, Chem.
Phys. Let., 409 (4-6), 219-223, 2005.
Lampre I., Lin M., He H., Han Z., Mostafavi M. & Katsumura Y. Temperature dependence of the solvated electron absorption spectra in propanediols, Chem. Phys. Let., 402 (1-3), 192-196, 2005.
Vincent De Waele, Dr; Sébastien Sorgues, Dr; pascal pernot, Dr; Jean-Louis Marignier, Dr; Hugues Monard, Dr; Jean-Philippe Larbre; Mehran Mostafavi
Geminate recombination measurements of solvated electron in THF using laser-synchronised picosecond electron pulse. Chem. Phys. Lett. 2006, sous presse.
Gerard Baldacchino; Vincent De Waele; Hugues Monard; Sébastien Sorgues; Fabrice Gobert; Jean-Philippe Larbre; George Vigneron; Jean-Louis Marignier; Stanislas Pommeret; Mehran Mostafavi
Hydrated electron decay measurements with picosecond pulse radiolysis at elevated temperatures up to 350 °CChem. Phys. Lett. 2006, sous presse.
Jean-Louis Marignier, Vincent Dewaele, Sebastien Sorgues, Fabrice Gobert; Jean-Philippe Larbre;; Mehran Mostafavi, Jacqueline Belloni.
Time resolved spectroscopy at the picosecond laser-triggered electron accelerator ELYSE, Radiat. Phys. Chem. 2006, Sous presse.
Collaborations
• LuLi (Malka), Calibration des détecteurs • LOA (Marquez), Effet électro-optique• CEA (Pommeret), radiolyse à haute température• Bologne/Italie, (dimère de cystéine)• PSI de Polytechnique (C. Corbel), Interface
Projet Européen : Eurofel, Constitution du PulsRadLab
L'expérience LOLITAImagerie et dynamique des interactions moléculaires en
cellule vivante
• Micro-spectroscopie de fluorescence à haute résolution temporelle
• Imagerie de fluorescence résolue en temps (FLIM) sous microscope confocal
Composition de l'équipe
• Fabienne Mérola DR2 CNRS
• Hélène Laguitton-Pasquier, MCU PXI
• Marie Erard, MCU PXI
• Xavier Decrouy, Post Doc Nikon
Laser:Nd-YVO4 pompé par diodes 532 nm 10 W CW laser Ti:Saph femtoseconde 700 nm- 1000 nm 2 W ML @ 76 MHzextracteur de pulses (TiO2) fréquence variable de 4 MHz à 10 kHzSHG (LBO) 350 nm- 490 nm 5 mW @ 3.8 MHzTHG (BBO) 234 nm- 325 nm 1 mW @ 3.8 MHz
Déclins de fluorescence: comptage de photons (TCSPC) détecteur MCP-PMT passeur thermostaté (50L ech.) analyse spectrale et polarisation
Traitement des données: moindres carrés maximum d'entropie (Maxent Ltd) analyse globale (P.Pernot)
LOLITALuminescence Observation by Laser Induced Transient Analysis
Cofinancements : ACI CNRS, Fondation pour la Recherche Médicale, BQR Paris XI, Elyse
LSC Microscope : NIKON TE2000 inversé Balayage confocal C1
Micro-spectroscopie résolue en temps: Connection fibrée au système TCSPC
FLIM : Portes temporelles programmables (système LIMO®)
En cours d'implantation : Caméra haute dynamique Excitation biphotonique FLIM par TCSPC (Carte PicoQuant)
Infrastructures de microbiologie (PSM, incubateur)
LOLITAMicrospectroscopie et imagerie de durée de vie de fluorescence (FLIM)
1 2 3 4GateLifetime (ns)
Partenariats : Nikon France et Nikon EuropeCofinancements : ACI sur la NADPH oxydase (LCP, U442 INSERM), POLA, Elyse Collaboration technique : Institut Curie Orsay
Approches spectroscopiques des interactions en milieu cellulaire
• Photophysique des sondes fluorescentes pour l'imagerie cellulaire– sondes dérivées de la GFP : la Cyan Fluorescent
Protein
• Interactions cellulaires des sondes fluorescentes– transfert d'énergie de Förster (FRET)– physico-chimie du milieu cellulaire
• Mécanismes moléculaires de la signalisation cellulaire– NADPH oxydase (coll. U442 INSERM, Orsay)– récepteurs couplés aux protéines G (GPCR)– facteurs de transcription
Quelques résultats marquants• Photophysique complexe de la Cyan Fluorescent
Protein
Laguitton-Pasquier et al,en préparation
• Interactions des sous-unités d'un canal potassique cardiaque (Kv1.5)
Erard et al,en préparation
Collaborations nationales• Orsay
– U442 INSERM• Oliver Nüsse, Laurent Combettes, Jean-Pierre Mauger
– Institut Curie (Plateforme d'Imagerie)• Fabrice Cordelières
– IGM Orsay• Michel Jacquet
• Paris– Institut Pasteur Paris
• Regis Grailhe, Jean-Pierre Changeux
– U621 INSERM (Pitié-Salpétrière)• Nathalie Neyroud, Stéphane Hatem
– UFR Médicale des Saints Pères (IFR 95)• D. Segretain
• INRA, Jouy en Josas)– Institut NOPA
• Edith Pajot, Guenhael Sanz
• Projets– CHU Kremlin Bicêtre (IFR 93)
• Anne Mantel, Marc Lombes• Micheline Misrahi, Olivier Lahuna
– CHU Paul Brousse (IFR 89)• Claude Boucheix
Publications• Grailhe R., Merola F., Ridard J., Couvignou S., Le Poupon
C., Changeux J.P. & Laguitton-Pasquier H. (2006) "Monitoring protein interactions in the living cell through the fluorescence decays of the Cyan Fluorescent Protein", ChemPhysChem accepté,
• Demachy I., Ridard J., Laguitton-Pasquier H., Durnerin E., Valverdu G., Archirel P. & Levy B. (2005) "Cyan Fluorescent Protein : molecular dynamics, simulations, and electronic absorption spectrum", J Phys Chem B 109, 24121-24133.
• Amatore C., Arbault S., Bonifas I., Bouret Y., Erard M., Ewing A.G. & L.A. S. (2005) "Correlation between vesicle quantal size and fusion pore release in chromaffin cell exocytosis", Biophysical Journal 88, 4411-4420.
Centre ELYSE CLIO
• Accord CNRS/Ministère
• TGE/TGI
• Direction LCP et deux bureaux de gestion
2006 --2009
• Deux installations dans des phases d’exploitation très différentes,
• Synergies scientifiques aussi bien entre les chercheurs et enseignants-chercheurs permanents
de CLIO et d’ELYSE qu’entre communautés d’utilisateurs : rapprochements thématiques
(électrochimie, physico-chimie de biomolécules, spectroscopies…), apport de nouvelles techniques
aux recherches menées à ELYSE, etc. • L’objectif de ce centre est de s’ouvrir sur la
communauté internationale en particulier au niveau européen.
Centre ELYSE CLIO
• Personnel en 2006, 12 chercheurs CNRS 6 universitaires
12 ITA CNRS 2 personnels IATOS. Gestion mutualisée des services
communs, 6,5 emplois équivalents temps plein (dont 6 CNRS).
Centre ELYSE CLIO
• un comité de pilotage composé de 4 membres : 2 CNRS et 2 Ministère dont 1 Université Paris-sud
11.
• un comité scientifique indépendant, composé pour moitié de représentants étrangers.
• un comité de programme commun CLIO-ELYSE. CLIO est doté d’un comité. Il sera élargi
pour être commun au centre ELYSE/CLIO.
Centre ELYSE CLIO