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UNIVERSITÉ LOUIS PASTEUR


THESE


Présentée par Présentée par

ALI HAYEK


Pour obtenir le titre de

DOCTEUR DE L'UNIVERSITE LOUIS PASTEUR DE STRASBOURG
Domaine : Chimie Organique





INGENIERIE, SYNTHESE ET CARACTERISATION
DE NOUVEAUX CHROMOPHORES ABSORBANTS
MULTIPHOTONIQUES :
APPLICATIONS EN IMAGERIE BIOLOGIQUE




Soutenue le 09 octobre 2006 devant la commission d'examen :

Pr. Maurice GOELDNER Rapporteur interne
Dr. Robert PANSU Rapporteur externe
Pr. Stephane PAROLA
Pr. Jean-François NICOUD Directeur de thèse
Dr. Frédéric BOLZE Membre invité
Dr. Patrice L. BALDECK Membre


























JE DEDIE CE TRAVAIL
A MA CHERE FIANCEE MAHA A MA CHERE FIANCEE MAHA
&
A MA FAMILLE.


RREEMMEERRCCIIEEMMEENNTTSS

Cette thèse a été réalisée au sein de l’équipe de Biophotonique Moléculaire du Groupe des Matériaux
Organiques à l'Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg. Je remercie tous les personnels qui
m’ont permis, de près ou de loin, de mener à bien ce travail dans d'excellentes conditions matérielles et humaines, et
je cite en particulier M. Daniel GUILLON, responsable du GMO et M. Marc DRILLON, directeur de
l’IPCMS.

Je voudrais remercier vivement M. Maurice GOELDNER, M. Robert PANSU, M. Stéphane
PAROLA et M. Patrice BALDECK, pour avoir accepté de juger ce travail et pour l’intérêt qu’ils y ont
manifesté.

Cette thèse n’aurait vu le jour sans la confiance, la patience et la générosité de mon directeur de recherche,
Monsieur Jean-François NICOUD, que je veux vivement remercier. La pleine confiance qu’il m’a accordée dès
mon arrivée, m’a permis d’élaborer un plan de thèse personnel et propre à mes aspirations. Je voudrais aussi le
remercier pour le temps qu’il m’a accordé et la patience qu’il m’a montré tout au long de ces années, d’avoir cru en
mes capacités et de m’avoir fourni d’excellentes conditions logistiques. De plus, les conseils qu’il m’a prodigué tout
au long de la rédaction, ont toujours été clairs et succincts, me facilitant grandement la tâche et me permettant
d’aboutir à la réalisation de cette thèse.

Mes plus sincères remerciements vont également à Frédéric BOLZE, qui en agissant à titre de co-encadrant a
fortement enrichi ma formation. Ses conseils et ses commentaires auront été fort utiles, sans oublier évidemment sa
bonne humeur qui rendait l’ambiance du travail plus agréable à vivre. D’autre part, je voudrais remercier la
maman de Frédéric, Claude Bolze, pour avoir pris le temps de lire mon memoire de thèse et corriger les fautes de
frappes et d’orthographe.

Je n’oublie pas les personnes avec lesquelles j’ai collaboré et qui m’ont permis de réaliser ce travail de thèse
dans les meilleures conditions : M. Patrice BALDECK, M. Jean-Claude VIAL, Thomas HUAULT, Jean
BERNARD, Michel BOURIAU et M. Van Der Sanden BOUDEWIJN au laboratoire de Spectrométrie
Physique à l’Université Jospeh Fourier à Grenoble, M. Alain DUPERRAY et M. Alexei GRICHINE à
l’Institut Albert Bonniot, Ontogenèse et Oncogenèse Moléculaire, INSERM, Grenoble et M. Yves MELY, M.
Etienne PIEMONT, Sebnem ERCELEM et Xin ZHANG au laboratoire de Photophysique des Interactions
Biomoléculaires, à l’Institut Gilbert Laustriat, à Illkirch-Graffenstaden. Ce qui me donne aussi l’occasion de
remercier le Ministère de l'Education Nationale, de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche pour le
financement de cette thèse.

Je remercie infiniment Laurence OSWALD, Emilie COUZIGNE, Cyril BOURGOGNE, Nicola
BEYER et Benoît HEINRICH, pour leurs aides techniques précieuses.

Sans oublier le professeur Gero DECHER, responsable du DEA de chimie et physique des polymères,
matériaux et surfaces, je le remercie vivement pour m’avoir aidé et à m’orienter pour mon projet de thèse.

Merci aussi à tous mes collègues et amis de longue date du laboratoire. Je leur exprime ma profonde sympathie
et leur souhaite beaucoup de bien. En particulier je cite : Alexandre, Alfonso, Aline, Aziz, Cristian, David,
Don Antoine, Ezeddine, Firmin, Gilberto, Hind, Iza, Jean-Baptiste, Jean-Moïse, Jean Philipe, Jérôme,
Emmanuel, Kokou Dodzi, Laurence, Loïc, Mircea, Sébastien, Stéphane, Sylvestre, Teresa, William, Lionel, …
et Agnès, Benoît, Bertrand, Cyril, Daniel, Delphine, Emilie, Isabelle, Jean-Louis, Jérôme, Laurence, Laurent,
Nicolas, Pascal, Patrick, Stéphane, Yves, …

Je souhaite également remercier mes amis, en particulier Ali TRABOLSI, Ali KHALIL, Abdallah
GHADDAR, Ahmad EL-MOUDALAL, Ali KACHMAR et Jamal AMER pour leurs encouragements
et leur soutient permanent lors de ces années de thèse, sans oublier bien sûr Raghida DAMAJ, Zeina MEHYO,
Abbas GHADDAR, Khalil HIJAZI, Rachid JAAFAR, Hassan TRABOULSI, Houssein AWADA,
Houssam OBEID, Ziad DAMAJ et tous ceux que j’oublie ici …

Je ne terminerai pas mes remerciements sans avoir une pensée sympathique à mon amie Hind MAMLOUK,
avec qui j’ai partagé les moments agréables ainsi que les moments difficiles au labo.

Enfin Je remercie ma très chère fiancée Maha, qui m’a accordé le support moral depuis que je l’ai connue en
dernière année de thèse, et je remercie également mes parents (Mohamad et Izdihar), mes sœurs (Rola et Rabab) et
mes frères (Kassem, Ahmad et Hassan), sans qui je n'aurais pu réaliser ce travail dans de bonnes conditions, et je
leur dédie ce travail.


MERCI ENCORE À TOUS …

Ali HAYEK
Ph.D. student
Date of birth: November 02, 1979 / Lebanon
1, rue du Feu (App. 310)
67000 Strasbourg - France
+33 (0)6 13 42 75 10 (Mobile)
+33 (0)3 88 32 73 12 (Home)
ali_hayek@hotmail.com

EDUCATION

2003-2006: Ph.D. in Organic chemistry: Organic Materials Group (GMO) – Institute of Physics
and Chemistry of Materials of Strasbourg (IPCMS) - University Louis Pasteur,
Strasbourg, France.

Fellowship from the French Ministry of National Education and Research.

Supervisor: Pr. Jean-François NICOUD.

« Design, synthesis and characterizations of new chromophores with two-photon
absorption properties: Applications in bio-imaging »

2002-2003: Master 2 in Physical chemistry: « Chemistry and Physics of Polymers, Materials
and Surfaces », University Louis Pasteur, Strasbourg, France.

1997-2001: Master 1 in Chemistry: Lebanese University (UL), Faculty of Sciences, Beirut,
Lebanon.

EXPERIENCE

2003 – 2006: Doctoral research fellow. Organic Materials Group (GMO).

Supervisor: Pr. Jean-François NICOUD.
Research experience: Organic synthesis, photophysical studies, nonlinear optics, cell
imaging, bio-conjugation.

• Synthesis of water-soluble two-photon excited dyes with symmetrical
architecture based on bis-stilbenic system for bio-imaging applications.
• Synthesis of amine-reactive dyes functionalized by iso-thiocyanate group for
bio-conjugation.
• Synthesis of new chromophores with two-photon absorption properties with
original cores.
• Photophysics of chromophores: one-photon (Quantum yield, absorption
coefficient, life-time, etc…); two-photon (two-photon absorption cross-
section, fluorescence, etc…).
• Biological applications (TPEM, FLIM, Bio-conjugation, etc…).

2002 – 2003: Master 2 training course – Institute Charles Sadron, Université Louis Pasteur,
Strasbourg, France.
«Life-controlled free-radical polymerization of vinylic monomers by nitroxides»
• Synthesis of new nitroxides derivatives.
• Tuning of life-controlled free-radical polymerization.
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2000 – 2001: Master 1 training period: Lebanese University, Beirut, Lebanon.
« heteropolyacids catalysts: Structural study»

TEACHING EXPERIENCE

2001 – 2002: High school professor - «Chemistry Teacher»- Lebanon.

SKILLS

COMPUTER SKILLS: PCs running Microsoft windows: MS office package (Word, Excel, and
PowerPoint), origin 6.0, Adobe Photoshop, chemical and literature
database (Chemdraw, Scifinder Scholar-CAS, Win-NMR 1D,
Cambridge, etc…).

1 13 31 11INSTRUMENTATIONS: NMR ( H, C, P, B) (1D, 2D), MS, IR, UV-VIS spectrophotometry,
Emission spectrofluorimetry, GC, HPLC, GPC and SEC.

LANGUAGES: English
French
Arabic

PRIZE

First prize for best oral communication and multidisciplinary work.
French Chemical Society-Alsatian section (SFC) and Doctoral School of Chemistry (ED-ULP),
thMay 4 , 2006, European Chemistry, Polymers and Materials Engineering School (ECPM),
Strasbourg-FRANCE.

CONFERENCES

ORAL COMMUNICATIONS:

Hayek, A. ; Bolze, F. ; Nicoud, J.-F.; Guidoni, L. ; Bigot, J.-Y.; Mély, Y. «Elaboration et
évaluation de nouveaux chromophores absorbants à deux photons solubles dans l’eau : Vers
l’imagerie cellulaire», Quatrième Colloque Franco-Libanais sur la Science des Matériaux (CSM4)
th thMay 26 -28 , 2004, Beyrouth-LIBAN.

Hayek, A. ; Bolze, F. ; Charon, S., Nicoud, J.-F. «L’absorption à deux photons : vers des
th thapplications biologiques», IPCMS day Journey, May 12 -13 , 2005, CNRS-Cronenbourg campus,
Cronenbourg, FRANCE.

Hayek, A. ; Bolze, F. ; Nicoud, J.-F.; Duperray, A. ; Grichine, A. ; Baldeck, P. L. ; Vial, J.-C.
«Synthesis and characterization of water-soluble two-photon excited blue fluorescent
chromophores : applications in bio-imaging», 3rd International Conference on Photoresponsive
ndOrganics and Polymers (3rd ICPOP) and the 2 French-Korean Symposium on Photonic Materials
th thand Devices (2nd KF-PMD), January 15 -20 , 2006, Novotel Coralia, Val Thorens, FRANCE.

Hayek, A. ; Bolze, F. ; Nicoud, J.-F.; Duperray, A. ; Grichine, A. ; Baldeck, P. L. ; Vial, J.-C ;
Mély, Y. «Two-photon absorption chromophores : from conception to biological
applications», Organic Materials Group (GMO), Institute of Physics and Chemistry of Materials of
thStrasbourg (IPCMS), February 24 , 2006, Strasbourg-FRANCE.

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