Étude du greffage de colorants pour la conception d’une optode pH Début de thèse : octobre 2012 Mathias FAGES – SECR/LRMO Encadrant : Denis DOIZI – SECR/LRMO Directeur de thèse : Guy DENIAU – DSM/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

Schéma du principe d’une optode Mesure du pH pour : le contrôle des processus chimiques et biologiques le diagnostic médical l’analyse environnementale … Avantages de l’optode : système petit et peu coûteux temps de réponse court mesure éloignée et en temps réel pas d’électrode de référence isolation électrique immunité aux interférences électromagnétiques  Greffage covalent du colorant sur une fibre optique ! NEW ! Schéma du fonctionnement d’une optode Journée des doctorants DPC/LAMBE 11 décembre 2014

Procédé GraftFastTM, choix du substrat et du colorant Agent Oxydant Agent Réducteur Substrat R H2N R N N + R  GraftFastTM : Amine primaire aromatique Diazonium Substrat greffé Substrat de référence : lame de verre recouverte d’or : lames fabriquées au LICSEN grâce à un évaporateur sous vide Couche d’or (~200nm) Couche de chrome (~20nm) Lame de verre  Colorant choisi : rouge neutre : Journée des doctorants DPC/LAMBE 11 décembre 2014

Test du rouge neutre en solution 520 nm Gamme d’intérêt Journée des doctorants DPC/LAMBE 11 décembre 2014

Greffage du rouge neutre sur lame d’or Rouge neutre libre Rouge neutre greffé Amine primaire aromatique C=C aromatique Journée des doctorants DPC/LAMBE 11 décembre 2014

Spectre XPS C1s du rouge neutre sur lame d’or Greffage du rouge neutre sur lame d’or Spectre XPS C1s du rouge neutre sur lame d’or 490nm Le rouge neutre a bien été greffé sur la lame d’or Les paramètres optimaux du bain réactionnel ont été déterminés (différentes concentrations, temps de réaction, pH du milieu, …) Preuve de faisabilité du greffage du colorant sur lame d’or Journée des doctorants DPC/LAMBE 11 décembre 2014

Augmentation de l’épaisseur : séquençage  But : nettoyer régulièrement le substrat au cours de la réaction pour enlever les molécules non greffées qui peuvent provoquer une gène Détermination de la durée optimale d’un bain Point = moyenne de 10 échantillons Barres = écart-type  Temps optimal : 5 minutes Multiplication du nombre de bains  On arrive effectivement bien à augmenter l’épaisseur de la couche greffée Journée des doctorants DPC/LAMBE 11 décembre 2014

Greffage du rouge neutre sur lame d’or fine Matériau de la fibre : fibre en silice recouverte d’une couche très fine de Cr + Au : ~5nm Cr, ~25nm Au permet de comparer facilement avec le substrat de référence (lame d’or) permet de garder la semi-transparence de la couche métallique  Le rouge neutre a bien été greffé sur la lame d’or malgré la diminution de l’épaisseur  La méthode de séquençage est toujours efficace pour augmenter l’épaisseur de la couche de colorant greffé Journée des doctorants DPC/LAMBE 11 décembre 2014

Propriétés de variations optiques du colorant greffé  Une fois greffé, le rouge neutre garde des propriétés intéressantes de variation optique, malgré la perte de la fonction –NH2 ! Journée des doctorants DPC/LAMBE 11 décembre 2014

Journée des doctorants DPC/LAMBE Bilan et perspectives Le rouge neutre a été greffé sur une lame d’or de référence, puis sur une lame d’or fine Ce greffage a été caractérisé par 3 méthodes complémentaires (IR, XPS et UV-Vis) L’épaisseur de la couche greffée a pu être augmentée par le développement d’une technique de séquençage Le rouge neutre garde des propriétés de variation optique une fois greffé, même si elles sont modifiées par rapport au rouge neutre en solution Obtenir une estimation de l’épaisseur de la couche greffée (AF, profilomètre, microscope interférentiel) Créer et tester (stabilité, rapidité, …) un premier prototype de fibre en silice greffée Tester un nouveau colorant (e.g. la rhodamine 560) : Journée des doctorants DPC/LAMBE 11 décembre 2014

MERCI DE VOTRE ATTENTION ! Journée des doctorants DPC/LAMBE 11 décembre 2014