Croissance et organisation de monocouches auto-assemblées de (3-triméthoxysilylpropyl) diéthylène-triamine sur silice
Résumé
Le dépôt de monocouches auto-assemblées (SAM) est une technique pratique, simple, et polyvalente pour construire des structures nanométriques bidimensionnelles ordonnées permettant de fonctionnaliser de grandes surfaces. En particulier, les SAMs à base d'organosilanes sur surfaces d'oxyde sont l’objet de beaucoup d'intérêt [1], étant très stables et robustes en raison des liaisons chimiques siloxanes avec la surface et entre les molécules. De plus, sur silice elles offrent la possibilité de construire des dispositifs moléculaires compatibles avec la technologie silicium. Parmi les organosilanes, le 3- aminopropyltriméthoxysilane (APTMS) est largement utilisé pour immobiliser diverses entités par liaison chimique. Cependant, l’APTMS conduit très souvent à des multicouches désordonnées [2].
Par conséquent, dans ce travail, nous nous sommes intéressés à un amino-organosilane alternatif, susceptible de permettre la préparation de SAMs à terminaisons amines plus ordonnées sur silicium : le (3-triméthoxysilylpropyl) diéthylène-triamine silane (DETAS) [3]. Les SAMs de DETAS ont été étudiées pour différentes applications telles que l'immobilisation d'autres espèces organiques [4], le contrôle de la diffusion des métaux évaporés sur la SAM [5], la croissance cellulaire sur des sites spécifiques [6],... Pour de telles applications, il est important que les SAMs de DETAS soient bien organisées. Dans ce sens, cet organosilane porte une chaîne alkyle plus longue qui permet une plus grande flexibilité pour promouvoir l'interaction moléculaire, et comprend également deux fragments NH capables d'introduire des liaisons hydrogènes structurantes entre les molécules voisines dans la SAM.
Nous avons démontré que l'humidité relative joue un rôle clé dans la formation des SAMs de DETAS avec un solvant non polaire comme le toluène, et conduit à des multicouches par dépôt micellaire lorsqu'elle atteint 40%. Nos observations suggèrent que pour obtenir une SAM de DETAS de bonne qualité, une concentration minimale de DETAS de 2,5.10-2 M ainsi qu'un solvant alcoolique à longue chaîne sont nécessaires. La cinétique (par ellipsométrie et angles de contact) montre une adsorption des molécules dès les premiers instants de la formation de la SAM. L'épaisseur reste quasi constante pendant plus de 30 min. avant d'augmenter avec l'organisation de la SAM par liaisons hydrogènes entre les groupements amines primaires (NH2) et secondaires (NH), ce qui a été mis en évidence par spectroscopie infrarouge. D'autres étapes sont en cours concernant l’immobilisation d’espèces sur la SAM de DETAS.
Remerciements :
Le programme «Nouvelles collaborations» du FFCR-FCRF entre la France et le Canada est remercié pour son soutien financier, et notamment pour le financement de la thèse de Y. Dufil. Le financement du PHC Barrande 2018 (40672RL), de Campus France, des Ministères de l'Europe et des Affaires étrangères (MEAE) et de l'Enseignement supérieur, de la recherche et de l’innovation (MESRI), ainsi que le soutien financier du Ministère de l'éducation, de la jeunesse et des sports, dans le cadre des projets LTC17058 et 8J18FR011, et l’action COST CA15107 MultiComp sont également remerciés. J.-M.N. remercie le CNRS et Aix-Marseille Univ pour le financement de son invitation à l’IM2NP. Les équipements ont été principalement financés par le programme CEE «Objectif 2» (FEDER), le Conseil Général du Var, le Conseil régional PACA, Toulon Provence Méditerranée et l'ISEN-Toulon, qui sont remerciés.
[1] Schreiber F., Prog. Surf. Sci. 2000, 65, 151
[2] Morrill A.R., Duong D.T., Lee S.J., Moskovits M., Chem. Phys. Lett. 2009, 473, 116
[3] Dufil Y., Gadenne V., Carrière P., Nunzi J.M., Patrone L., Appl. Surf. Sci. 2020, 508, 145210
[4] Gao L., Fang Y., Lu F., Cao M., Ding L., Appl. Surf. Sci. 2006, 252, 3884
[5] Malki M., Rozenblat-Raz A., Duhin A., Inberg A., Horvitz D., Shacham-Diamand Y., Surf. Coat. Tech., 2014, 252, 1
¬[6] Jing G., Perry S.F., Tatic-Lucic S., Biomed. Microdevices 2010, 12, 935