Chapitre II Dépôt de nanoparticules par technique NADIS
II. A.4.2 Dépôt par AFM D3000
L’AFM D 3000, présenté en Figure II-19, est muni d’une table de nanopositionnement incorporée dans un porte-échantillon dédié, ainsi que d’un programme de dépôt spécifique créé sur LabView. Ainsi il est possible de piloter la table avec une précision nanométrique ce qui est impossible à obtenir avec le Picoforce. De plus nous avons une plus grande liberté quant au choix de la géométrie des dépôts112.
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Lors de dépôts, l’AFM est utilisé en mode contact. La pointe NADIS reste fixe, et le substrat est
déplacé avec la table de nanopositionnement. La course maximale en x, y et z de la table est
respectivement de 100 x 100 x 15 µm. Le fabricant donne une répétabilité supérieure à 0.05 nm pour une translation de 100 µm. Ce sont des actionneurs piézoélectriques qui assurent les déplacements,
ces actionneurs sont asservis en x, y et z et sont ajustés de façon permanente grâce à des capteurs
capacitifs. Ces déplacements, et donc les dépôts, sont gérés grâce au programme LabView, et donc indépendamment de l’AFM, ce qui permet une grande variété de motifs, allant de réseaux de spots de formes diverses à des lignes.
De la même manière que pour le Picoforce, les réglages des positions de la pointe, de la surface et du
laser sont réalisés en mode contact. Pour s’assurer que la pointe NADIS reste immobile, il ne faut
aucun asservissement, ce qui est le cas lorsque la taille du scan est nulle et les gains sont nuls. Lors de
l’engagement, la table est positionnée de manière à ce que la pointe touche la surface, soit en z = 0.
Ensuite les déplacements tant horizontaux que verticaux de la table donnant les dépôts sont gérés par le programme LabView. Dans ce programme les déplacements sont déterminés en pointant les
lieux de dépôt avec la souris (Figure II-20A), ainsi que le temps de contact (Contact time) (Figure
II-20E), et la hauteur de la table en position sans contact, low position (Figure II-20F). La hauteur par
défaut du programme est de z=-5 µm, assurant que la pointe ne soit pas en contact avec
l’échantillon, la table remonte alors à z=0 (Figure II-20D) aux lieux indiqués avec la souris pendant le
temps prédéfini. Les pas et tailles totales du quadrillage sont réglables par les éléments en B. En C les coordonnées de dépôt sont récapitulées.
Figure II-20 : Face avant du programme Labview utilisé pour réaliser les dépôts.
Les dépôts sont plus précis et les formes des réseaux plus flexibles qu’avec le Picoforce, mais contrairement à celui-ci, il est impossible de visualiser les forces ressenties par la pointe, les déplacements verticaux d’approche-retrait étant faits par la table de nanopositionnement. Il est toutefois possible, avant de lancer le dépôt, de faire l’acquisition d’une courbe de force avec l’AFM pour s’assurer que le transfert a bien lieu. Comme il sera expliqué plus loin, ce programme Labview a nécessité des ajustements afin de limiter des problèmes d’évaporation –condensation et d’accroître de manière significative la fréquence de dépôts qui était jusque-là d’environ 1spot/s.
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Partie B Dépôts de Nanoparticules
Comme nous l’avons vu dans la présentation de NADIS, cette technique de dépôt fonctionne pour différents types d’objets. Plusieurs types de molécules ont été déposés dans le but de pouvoir observer les tailles de gouttes même lorsque le solvant est complètement évaporé. Un choix judicieux de molécules et d’une concentration adéquate permet de juger de la taille exacte des gouttes déposées même après évaporation totale du solvant. Afin d’étudier la localisation de dépôt par NADIS ainsi que sa répétabilité, nous avons utilisé des molécules de petites tailles dont on sait que le dépôt par NADIS fonctionne. Nous avons alors réalisé des réseaux avec des complexes de
ruthénium Ru(bpy)2Cl2 (bpy=bipyridine)113 dans un mélange glycérol/eau 10:1. Ces réseaux nous
permettent d’apprécier l’influence de la mouillabilité de la pointe, et d’obtenir des tailles de spots de
45 nm de diamètre103. Ces dépôts sont présentés en Figure II-21.
Figure II-21 : Images AFM de dépôts de complexes de ruthénium avec un canal de 310 nm sur surface APTES, à gauche dépôts de 500 nm de diamètre (pointe hydrophile), à droite, dépôts de 45 nm de diamètre (pointe hydrophobe)103.
Ces expériences prouvent qu’il est possible de déposer les complexes de ruthénium selon un schéma prédéterminé. Si la maitrise de ces dépôts est évidente pour des molécules de faible masse (500 Da)
il en va de même pour des molécules autrement plus lourdes, comme la protéine GFP (Green
Fluorescent Protein), les expériences sont menées dans le même solvant que pour les complexes de ruthénium, un mélange 10:1 en volume de glycérol/eau. Si la masse de ces protéines est de l’ordre de 30 kDa, largement supérieure à celle de 500 Da des complexes de ruthénium, il est néanmoins possible de gérer la taille des dépôts en faisant varier la taille de l’ouverture de la pointe et son
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Figure II-22 : Images AFM de spots de protéines GFP, les diamètres de 40 nm (gauche, pointe hydrophobe, canal de 110 nm), 100 nm (milieu, pointe hydrophile, canal de 110 nm) et 650 nm (droite, pointe hydrophobe, canal de 760 nm) sont
obtenus en faisant varier la taille d’ouverture de la pointe et son caractère hydrophile103.
Ces expériences prouvent que NADIS est parfaitement adapté au dépôt précis et localisé de molécules. Toutefois, les nanoparticules que nous souhaitons déposer dans le cadre du projet sont des nanoparticules magnétiques d’une taille et masse plus importantes. De plus, ces nanoparticules subissent des interactions magnétiques entre-elles, ce qui peut être un frein au dépôt de nanoparticule unique localisé. D’autre part, comme nous le verrons, les particules magnétiques ne peuvent être dispersées dans l’eau ou les solvants polaires comme le glycérol qui est le solvant le plus utilisé dans les expériences précédentes utilisant NADIS. Nous avons donc choisi de démontrer la faisabilité de dépôt de nanoparticules par NADIS en utilisant des particules non magnétiques dispersées dans une solution aqueuse. Une fois le dépôt d’objets individuels démontré, ainsi que sa reproductibilité, nous pourrons alors tenter le dépôt de nanoparticules magnétiques.