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