Assemblage dirigé de nano-objets, Directed assembly of nano-objects

Aline Cerf

Description

Sous la direction de Christophe Vieu
Thèse soutenue le 17 septembre 2010: INSA de Toulouse
Un échange vigoureux au travers des frontières de la biologie et de la physique se développe autour de nouvelles méthodes et outils, et autour de nouveaux phénomènes. Les objets d’étude au cœur de ce recouvrement multidisciplinaire sont très divers. De manière non exhaustive, il s’agit de nanoparticules, de cellules ou encore d’objets encore plus petits et élémentaires tels que les molécules. Aussi bien pour des applications dans le domaine de la microélectronique que pour l’étude de mécanismes biologiques fondamentaux, l’intégration des objets d’intérêt à l’échelle de l’objet unique est essentielle. Dans le cadre de cette thèse, l’objectif que nous nous sommes fixés est de développer un volet technologique qui permette l’assemblage d’objets micro- ou nanométriques uniques à des endroits bien définis d’une surface solide de façon simple, fiable, bas-coût et parallèle. Pour ce développement, nous nous sommes intéressés tout particulièrement aux nanoparticules d’Au de 100 nm de diamètre, aux bactéries, puis aux molécules d’ADN. Nous décrirons les stratégies développées reposant sur la lithographie douce puis leurs potentialités pour différentes applications dans les domaines de l’analyse médicale et de la détection.
-Biopatterning
-Biodétection
-Lithographie douce
-Assemblage capillaire
-Cellules
-Molécules d’ADN
-Nanoparticules
A vigorous trade across the borders of biological and physical sciences is developing around new methods and tools, and around new phenomena. The objects at the heart of this multidisciplinary overlapping are numerous. In a non exhaustive manner, the objects of study can be nanoparticles, cells, or even smaller and more elementary objects such as molecules. For applications in the field of microelectronics as for studies of fundamental biological mechanisms, the integration of these objects of interest at the single object scale is essential. In the frame of this Ph.D. thesis, the objective we pursued is the development of a technological tool-box allowing the assembly of micro- and nano-objects at pre-determined locations of a solid surface, in a simple, reliable, low-cost and parallel manner. For this development, we focused on gold nanoparticles 100 nm in diameter, bacterial cells and DNA molecules in particular. We will describe the strategies developed relying on soft-lithography and their potentialities for different applications in the fields of medical analysis and sensing.
-Biopatterning
-Biodetection
-Soft-lithography
-Capillary assembly
-Cells
-DNA molecules
-Nanoparticles
Source: http://www.theses.fr/2010ISAT0016/document

Sujets

• Nanoparticule

Informations

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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 18 Mo

Extrait

THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L ’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L ’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par l'Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse
Discipline ou spécialité : Nanophysique


Présentée et soutenue par Aline CERF
Le 17 septembre 2010

Titre : Assemblage dirigé de nano-objets

JURY

M. Azzedine BOUSSEKSOU, Président
M. Zev BRYANT, Examinateur
M. Serge MONNERET, Examinateur
M. Victor MUNOZ, Examinateur
Mme. Clivia SOTOMAYOR, Examinateur



Ecole doctorale : Sciences de la Matière
Unité de recherche : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS-CNRS)
Directeur(s) de Thèse : M. Christophe VIEU
Rapporteurs : M. Jean-Pierre AIME
Mme. Anne-Marie HAGHIRI-GOSNET










« Les idées ne sont pas faites pour être pensées mais vécues »
André Malraux, La condition humaine.

« I am enough of an artist to draw freely upon my imagination. Imagination is more
important than knowledge. For knowledge is limited, whereas imagination embraces the
entire world, stimulating progress, giving birth to evolution ».--Albert Einstein








A mi madre y a mi padre




























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Remerciements


Je tiens à profiter de cette page blanche pour remercier en tout premier lieu mon directeur de
thèse, Christophe Vieu, une personne aux qualités immenses, une personne hors du commun
tant d’un point de vue scientifique qu’humain. Ces trois années de thèse ont été, grâce à lui,
une période de ma vie extrêmement enrichissante. J’ai énormément appris auprès de lui et je
lui en serai toujours reconnaissante. Grâce à lui, j’ai trouvé ma voie. Sa passion pour la
science et la recherche, sa créativité débordante, sa curiosité scientifique qu’il nous
communique au jour-le-jour sont la flamme qu’il dépose en nous et qui nous fait aimer ce
métier où rien n’est impossible ; même à notre échelle, nous pouvons contribuer et apporter
des briques aux progrès de la science dans des domaines essentiels tels que celui de la santé.
Je le remercie profondément pour la confiance qu’il ma témoignée.

Je souhaite remercier le groupe NanoBioSystèmes, les anciennes générations que j’ai vu
partir, Jean-Christophe, Jérôme, et les nouvelles qui prennent leurs marques seulement mais
qui me manqueront cruellement également. Un grand merci à Christophe, Chil, Christel,
Franck, pour leur soutien tout au long de ces trois années et leur amitié. Une mention spéciale
s’adresse à mes collègues de bureau pour leur joie et bonne humeur. Je garderai toujours un
très bon souvenir de ces trois années passées avec eux.
Tous les permanents, thésards, post-docs qui sont plus que des collègues de travail pour moi ;
Tous et chacun d’eux sont désormais inscrits dans mon cœur et j’espère ne jamais les perdre
de vue.
Un grand merci aux services du LAAS, à toutes les personnes que l’on côtoie dans cette
enceinte et qui font du LAAS un endroit si chaleureux et convivial que l’on a du mal à quitter.

Mes remerciements les plus sincères vont au service TEAM pour leur aide précieuse et leurs
conseils, à Xavier pour sa gentillesse, disponibilité et remarquable ingéniosité. Merci aux
autres laboratoires, le LCC, le LISPB, le CEMES, l’IPBS, la plateforme biopuces, pour leur
accueil, merci en particulier à Gabor, Lionel, Adilia, Marie-Ange, Emmanuelle, Véronique,
Guillaume, Merci à eux.

















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Table des matières

Chapitre 1 Introductif .......................................................................................................................................... 9

I. Etat de l’art des techniques « non conventionnelles » d’assemblage de solutions colloïdales........................... 12
I. A. Auto-assemblage ....................................................................................................................................... 12
I. A. 1. Assemblage par évaporation ............................................................................................................. 12
I. A. 2. Assemblage par voie chimique. ........................................................................................................ 13
I. A. 3. Assemblage électrostatique .................... 14
I. A. 4. Assemblage par guidage magnétique ou électrique ......................................................................... 14
I. A. 5. Assemblage par forces capillaires ..................................................................................................... 15
I. B. Assemblage assisté par un support ............................................................................................................ 16
I. B. 1. Supports organiques/inorganiques .................................................................................................... 17
I. B. 2. Assemblage capillaire dirigé par motifs chimiques ........................................................................... 17
I. B. 3. Assemblage dirigé par contraste de charge ....................................................................................... 19
I. B. 4. Assemblage capillaire dirigé par motifs topographiques .................................................................. 19
I. C. La lithographie par champ proche ............................................................................................................. 22
I. D. Bilan .......................................................................................................................................................... 24
II. Positionnement des travaux .............................................................................................................................. 24
III. Références ....................................................................................................................................................... 26

Chapitre 2: Aspects technologiques de l'intégration de nano-objets sur une surface structurée……….37


I. Première méthodologie : le contraste chimique ............................................................................................ 38
I. A. La fonctionnalisation chimique de surface ............................................................................................... 38
I. B. Une technique de lithographie douce : le microcontact printing ............................................................... 41
I. B. 1. Le moule ........................................................................................................................................... 42
I. B. 2. Le timbre ........................................................................................................................................... 44
I. B. 3. L’encre .............................................................................................................................................. 44
I. C. Protocoles expérimentaux de fonctionnalisation de surface utilisés ......................................................... 45
I. D. Double fonctionnalisation du substrat ....................................................................................................... 47
II. Deuxième méthodologie : l’assemblage capillaire dirigé par structuration topographique de surface .... 52
II. A. Notions sur l’assemblage capillaire dirigé ............................................................................................... 52
II. A. 1. Introduction sur la capillarité : la tension superficielle et la force capillaire ................................... 53
II. A. 2. Mouillage total et partiel .................................................................................................................. 55
II. A. 3. Effet de la température ..................................................................................................................... 56
II. A. 4. Effet de la concentration des solutés ................................................................................................ 56
II. A. 5 Les flux dans les systèmes colloïdaux .............................................................................................. 57
II. B. Présentation de la plateforme expérim