Microscopie à fluorescence

Nous utilisons un microscope Leica DM5000B. Les particules de silices utilisées sont les particules d_300fluo contenant un complexe fluorescent [Ru(bpy)₃]²⁺. Leur longueur d’onde

167 d’excitation optimale est 458 nm et leur émission maximale est détectée à 595 nm.2

L’émission du complexe [Ru(bpy)3]²⁺ seul a lieu à 610 nm. La synthèse, la caractérisation de leur rayon et l’état de dispersion de ces particules ont été discutés dans le chapitre II. Les suspensions colloïdales sont déposées sur les hydrogels de PDMA_R0.2 à différentes concentration massiques : 0.1, 0.5, 1 et 3 wt%. L’objectif utilisé a un grossissement x10 et plus rarement x60 à huile dans le cas où les dépôts sont observés directement à la surface du gel.

La source d’excitation est une lumière laser à 488 nm. Le faisceau laser d’excitation est condensé par un dispositif optique avant de passer par un filtre, permettant de sélectionner la gamme spectrale de l’excitation. La lumière est ensuite réfléchie par un miroir dichroïque (NT 80/20) et focalisée sur l’échantillon à travers l’objectif. La lumière d’émission des particules fluorescentes est récupérée via le même objectif, puis passe à travers un diaphragme de sélection (‘pinhole’). Elle est ensuite réfléchie par un miroir dichroïque, qui permet de transmettre la lumière de longueur d’onde supérieure à la lumière d’excitation et ne laisser passer que la lumière émise par fluorescence. La lumière est ensuite refiltrée une dernière fois par un filtre d’arrêt LP530 ne permettant de garder que la fluorescence des particules avant de parvenir à un détecteur photomultiplicateur.³

I.2. Observation microscopique de la répartition des particules sur des gels I.2.1. A la surface d’un gel

Dans cette partie, nous étudions le système PDMA/silice où le dépôt de silice est observé directement à la surface du gel. L’observation de ce système permettra de relier les observations microscopiques aux analyses des spectres infrarouges discutés dans la seconde partie.

I.2.1.1. Microgouttes

Des gouttes de volume 0.1 μL d’une suspension colloïdale d300fluo à quatre concentrations massiques différentes : 0.1, 0.5, 1 et 3 wt% ont été déposé à la surface d’un gel de PDMA comme le montre la Figure V. 1. Nous avons attendu le séchage des gouttes avant de déposer la lamelle de verre au dessus de la surface et d’effectuer les observations microscopiques.

168 Lorsqu’une goutte contenant des particules colloïdale s’évapore sur une surface solide, les particules se concentrent sur les bords de la goutte formant un anneau sombre. Cet effet dit « anneau de café » est du à la tension de surface de l’eau. A mesure que l’eau s’évapore sur les bords de la goutte, la tension de surface impose au liquide au centre de s’écouler vers la périphérie pour remplir les bords et ainsi les particules en suspension s’accumulent aux périphéries entraînées par ce flux. Comme le montre la Figure V. 1, ce phénomène n’est pas observé dans notre cas où les gouttes de suspensions de colloïdale de silice sont déposées sur un hydrogel de PDMA. Ceci s’explique par le fait que l’évaporation de l’eau est en compétition avec l’adsorption de l’eau par l’hydrogel de PDMA qui est plus rapide.⁴

Figure V. 1. Gouttes de suspensions colloïdales d300fluo de volume 0.1 μL déposées à la surface d’un gel de PDMA_R0.2 à différentes concentrations massique : 0.1, 0.5, 1 et 3 wt% observées en microscopie à fluorescence (en haut) et en microscopie optique à transmission (en bas).

La Figure V. 1 met en évidence un dépôt homogène de la goutte à partir d’une concentration de 0.5 wt%. A partir de cette concentration de 0.5 wt%, des fractures du dépôt apparaissent dans les gouttes de solution de silice séchée. Les fractures apparaissent sur les clichés de microscopie à fluorescence comme des lignes noires tortueuses au milieu de la goutte. Pour une concentration de 0.1 wt% il est impossible de voir le contour de la goutte en microscopie optique à transmission contrairement aux autres concentrations.

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I.2.1.1. Gouttes étalées

La Figure V. 2 montre le dépôt d’une suspension colloïdale à une concentration de 1 wt% après étalement d’une goutte de 10 μL avec la pointe d’une micropipette sur toute la surface du gel. Après un temps d’imprégnation de 5 min, une lamelle en verre est déposée sur le dépôt. Les deux clichés de la Figure V. 2 présentent la même structure de surface et montrent la présence de fractures. Il faut garder à l’esprit que l’épaisseur des fractures est très variable sur une même surface : elle varie entre 10 à 50 μm ce qui les rend bien visible en microscopie à fluorescence. En transmission, elles apparaissent sous forme de lignes épaisses claires.

Figure V. 2. Dépôts de suspensions colloïdales d300fluo déposés à la surface d’un gel de PDMA_R0.2 à une concentration massique de 1 wt% observés en microscopie optique à transmission (à gauche) et en microscopie à fluorescence (à droite). Le dépôt a été effectué par étalement d’une goutte de 10 μL sur une surface de 1 cm2

d’un hydrogel de PDMA.

Des dépôts de suspensions colloïdales d300fluo sur des gels de PDMA à trois concentrations massiques différentes : 0.1, 0.5 et 1 wt% ont été observés en microscopie à fluorescence à un plus grand grossissement comme le montre la Figure V. 3. Selon les différentes concentrations, les observations sont les suivantes :

- C=0.1 wt% : sur le cliché zoomé, les particules fluorescentes de silice apparaissent en vert et semblent être réparties sous forme individuelle ou légèrement agrégées sur toute la surface du gel.

170 - C=0.5 wt% : un film continu formé par les particules de silice est observé. Ce film

présente des fractures d’épaisseur comprise entre 10 et 20 μm.

- C=1 wt% : un film continu est observé et présente des fractures d’épaisseur un peu plus élevée que pour la concentration de 0.5 wt% comprise entre 40 et 50 μm.

Figure V. 3. Dépôts de suspensions colloïdales d300fluo déposées à la surface d’un gel de PDMA_R0.2 à différentes concentrations massique : 0.1, 0.5 et 1 wt% observées en microscopie à fluorescence. Le dépôt a été effectué par étalement d’une goutte de 10 μL sur une surface de 1 cm2

de PDMA.

En conclusion, la présence d’un film continu présentant des fractures est observée pour une concentration de 0.5 wt% que ce soit dans le cas de gouttes posées (Figure V. 1) ou étalées sur toute la surface du gel (Figure V. 3). Lors de l’adsorption de l’eau par l’hydrogel de PDMA, les particules de silice sont forcées de se rapprocher et vont s’agréger en formant des liaisons Si-O-Si.^5,6 Un film solide continu de particules de silice est alors formé sur la surface de l’hydrogel.