Présentation tâche 3
Cette tâche se concentre sur des approches d'assemblage de micro/nano-objets. Les approches classiques consistent à recouvrir les éléments de nano-couches les liant lors du contact. Deux approches seront ici étudiées, par couche chimique (tâche 3.1) et par liaison biomoléculaire (tâche 3.2). Quelque soit l'approche, la fonctionnalisation des surfaces des objets peut être effectuée directement dans le liquide utilisé pour l'acheminement, ou dans la zone d'assemblage via un canal supplémentaire. Les méthodes d'assemblage seront aussi caractérisées par mesure de force grace à un appareillage adapté (tâche 3.3).
Tâche 3.1 – Jointure chimique (FEMTO-ST)
La première approche consiste donc à utiliser un self-assemblage par mono-couche (SAM), qui sera déposé sur la surface des composants de manière à créer un lien chimique entre les deux objets lors du contact. La fonctionnalisation chimique spécifique aux micro-objets sera étudiée. Nous proposons de tester de greffer des molécules sur de la silice ou de l'or granuleux, par exemple du silane et du thiol respectivement, pour créer des liens Si-O-Si ou Au-S (voir figure a ci-dessous). La nature de ces liaisons dépendra de la seconde surface, qui pourra être du silane ou du thiol. Par conséquent, nous espérons joindre deux surfaces de même nature (or ou silicium) avec du silane thiol (HO-Si-R-SH), ou une surface d'or avec une surface de silicium et une fonctionnalisation sur un des surfaces respectives (cf figure b).
Une autre stratégie est d'adsorber chimiquement un organo-thiol finie par du pyrrole sur les deux micro-objets. Puis, les deux surfaces sont immergées dans une solution de pyrrole pour poursuivre la polymérisation sur les deux surfaces et ainsi les joindre. cette liaison peut toutefois être inversée. Finalement, un film de polymère est déposé sur la surface. Les propriétés adhésives de ce film serait contrôlées par la compostion de l'électrolyte, plus précisément l'apport saturant, et/ou la solution injectée dans le système. Avec cette dernière technique, les deux composants sont instantanément liés au contact.
Sur cette figure: Le composé chimique utilisé pour la fonctionnalisation de l'objet à une future jointure (a)
La liaison entre deux surfaces identiques (silicium ou or) (b)
La liaison entre deux surfaces différentes (or et silicium) où les organothiols adsorbés sur les surfaces X et Z dépendent de la nature du matériau (Si pour le silicium, S pour l'or) (c)
Les trois stratégies proposées ici seront pour commencer testées par mesure de force AFM dans un contact sphère/plan, de manière à estimer la force de liaison et la stabilité de la jointure chimique. En se basant sur ces premières analyses, les solutios les plus fiables seront retenues et testées sur les micro/nano-objets et leur liaison sera mesurée via l'appareil développé en tâche 3.3.
Tâche 3.2 - Assemblage bio-inspiré (UPMC/ISIR)
Les principes biomoléculaires sont caractérisés par de puissantes liaisons malgré la faible portée d'intéraction. Parmi les divers mécanismes biologiques, nous proposons de nous focaliser sur les liaisons par les protéines streptavidin/biotin, et l'hybridation d'ADN, qui semblent les principes les plus prometteurs pour le nano-assemblage. Ces deux biomolécules sont obtenues facilement dans le commerce. De plus, de multiples procédés de fonctionnalisation de surfaces existent pour les deux molécules.
Le premier objectif de cette tâche est de définir pour ces deux procédés, quelle type de fonctionnalisation est la plus adaptée à nos composants en passe d'être assemblés. Un autre point est la commandabilité de la liaison. Par exemple, dans le cas de l'hybridation d'ADN, la temperature et la concentration ionique peuvent être utilisés pour contrôler la jointure des composants. Des paramètres similaies existent pour l'intéraction entre avidin et biotin. Il ressortira de cette tpache un "manuel d'utilisation" donnant le choix au concepteur entre les méthodes suscitées en prenant en compte le procédé d'assemblage global, en incluant les types de composants, leur nature et le processus de production, le comment peuvent-ils être fonctionnalisés et quels paramètres de commande sont disponibles.
Pour chaque procédé, la jointure sera évaluée empiriquement en utilisant les setups expérimentaux de l'UPMC/ISIR et de FEMTO-ST, comprenant des microscopes holographiques et confocaux, et un AFM bio-compatible. UPMC/ISIR dispose de toutes les installations nécessaires à la fonctionnalisation de surfaces et leur essai. Cette étape expérimentale validera dans un premier temps le principe d'assemblage biomoléculaire pour des cas simples, en usant d'une installation permettant une intégration facile de paramètres tels que la température. Cette installation sera construite autour d'un préhenseur de boites de pétri offrant un contrôle sur l'environnement de travail. Dans un second temps, une fois la comparaison et le choix des processus de fonctionnalisation et des stratégies de commande les plus adaptés terminée, ce savoir faire sera transféré au banc d'essai final et y sera intégré.
Tâche 3.3 – Caractérisation de la liaison (FEMTO-ST)
L'étude de nouvelles méthodes de nano-assemblage requière des techniques de caractérisation, tout particulièrement un moyen de mesurer le point de rupture des liaisons, pour comparer les différents processus proposés. A l'heure actuelle, les appareils de mesure de force (Appareil à force de surface SFA, et le microscope à force atomique AFM) sont aptes à mesurer la force d'intéraction ou les forces de liaisons entre micro-objets, et se concentrent sur les contacts sphère/plan ou cylindre/cylindre et ne sont donc pas à même de mesurer l'intéraction entre deux micro-objets dans un cas réel de micro-assemblage.
En effet, le premier défi réside dans la capacité à commander la position relative d'un élément sur 6 degrés de liberté (plutôt que seulement 3 dans un contact sphère/plan) lors d'une mesure de force d'adhésion. Le second challenge est la conception d'un système de mesure de force assez précis pour déterminer les forces d'adhésion entre de minuscules surfaces. en se basant sur le savoir faire développé dans le projet ANR NANOROL, FEMTO-ST s'appliquera à la conception et au prototypage d'un plateforme de mesure capable de cela entre des micro-objets cubiques à la géométrie arbitraire. Cette plateforme nécessitera une étude innovante de commande d'un système de micropositionnement à 6 DDL, ainsi que la conception et l'intégration d'un capteur de force adéquat. Cet appareil sera utilisé pour caractériser les liaisons entre composants développées en tâche 3.1 et 3.2.
Dernière modification le 18/02/2013