Des films de tensioactifs pour construire des nanostructures

Les chercheurs du CEA/DRECAM1¹ ont réussi récemment à insérer dans des films de tensioactifs (par exemple la paroi d'une bulle de savon) de grosses molécules (protéinesprotéines solubles) ou des complexes hydrophileshydrophiles (formés de protéines membranaires). Parallèlement, pour remédier à la fragilité de ces films, ils sont parvenus pour la première fois à les transférer, tout en préservant leur structure, à la surface d'un cristal de silicium. Ce procédé, par son originalité, ouvre de nouvelles voies de recherche et développement pour la réalisation de couches minces actives à la base de nombreuses applications (capteurscapteurs en chimie-biologie, sources émettrices de champ électriquechamp électrique, transducteurs, fibres de haute résistancerésistance ou dispositifs nanoélectroniques).

Les chercheurs du CEA/DRECAM ont utilisé les potentialités d'organisation de la matièrematière dans la couche extrêmement fine constituant un film de tensioactifs, ces molécules agissant sur la tension superficielle de l'eau, comme le font les savons ou les détergents. Après drainagedrainage de la totalité de l'eau, la paroi forme un film libre bi-moléculaire tensioactif, appelé aussi film noir car son épaisseur moléculaire ne lui permet plus de réfléchir la lumièrelumière (ce film reste transparenttransparent). Le fort potentiel d'auto-organisation de ces films permet, grâce à l'insertion de nanoparticulesnanoparticules, la constructionconstruction d'assemblages aux propriétés variées.

Les chercheurs du CEA/DRECAM ont récemment montré qu'il était possible, à l'aide d'un deuxième tensioactif, d'insérer des protéines solubles (ou insolubles, comme les protéines membranaires) au sein d'un film noir. Les chercheurs tentent actuellement d'appliquer ces méthodes aux nanoparticules (nanotubesnanotubes, fullerènesfullerènes, particules d'argentargent ou encore agrégats d'or ou de silicesilice).

Transfert de films auto assemblés sur des substrats solides

La difficulté majeure réside dans la fragilité de ces films (on peut imaginer une bulle de savon). Si l'on veut envisager des applications comme la réalisation d'un capteur, il faut pouvoir conserver le film organisé, une voie étant de le déposer sur des supports solidessolides. Les chercheurs du CEA/DRECAM ont réussi pour la première fois à transférer un film noir, sans en altérer la structure, sur la surface d'un cristal de silicium.

La figure montre le principe du transfert de film :

a) Le dispositif est enfermé dans une cellule de verre remplie d'une solution maintenant une atmosphèreatmosphère saturée. Une plaque poreuse, pour permettre le drainage du film, percée en son centre pour l'injection d'airair, sert de support à la bulle initiale.
b) Après drainage de l'eau, le film constituant la bulle devient un film noir. Une plaque de silicium hydrophobehydrophobe est alors lentement abaissée jusqu'à effleurer le sommet du film.
c) Le film noir adhère à la surface de silicium.

La caractérisation par rayons Xrayons X et AFMAFM montre la bonne qualité du film ainsi transféré. Ce résultat fait l'objet d'une publication dans la revue Angewandte Chemie International Edition.

Note :

1 CEA DRECAM - Département de recherche sur l'état condensé, les atomesatomes et les molécules