La Figure4.4montre une photographie du dispositif expérimental mis au point au laboratoire. À gauche, se trouve le microscope électrochimique et à droite, le mi-croscope de fluorescence. La cellule électrochimique est directement posée sur la platine du microscope de fluorescence. Un bras mécanique relié au dispositif piezo-électrique du microscope électrochimique permet de positionner la pointe au-dessus de la cellule tout en gardant la possibilité de contrôler la position de la pointe dans les trois directions de l’espace.
La Figure4.5permet, quant à elle, de visualiser plus précisément la cellule élec-trochimique utilisée. Il s’agit d’une cellule entièrement démontable qui offre donc la possibilité de changer de substrat selon l’expérience réalisée. Ce dernier, toujours transparent, est posé sur un disque métallique percé en son centre (pour le passage de la lumière). La taille du disque lui permet de s’emboiter sur la plateforme du microscope de fluorescence. La cuve en tant que telle est constituée d’un cylindre de teflon creux positionné sur le substrat choisi. Par ailleurs, l’étanchéité est assu-rée d’une part, par un joint en téflon (en forme d’anneau) intercalé entre ces deux éléments et d’autre part, par la pression exercée par un second disque en plastique posé sur le cylindre en téflon et fixé au disque métallique par quatre vis.
FIGURE 4.5 – Photo de la cuve. Pour plus de visibilité, les deux disques de plastique et les vis permettant d’assurer l’étanchéité ont été enlevés. On voit le disque de téflon posé sur le substrat transpa-rent. Ensemble, ils constituent la cuve. Le substrat, dans le cas où il
est conducteur, est relié au circuit par du scotch conducteur.
Au sein de la cuve, se trouve la solution électrolytique de tétrazine décrite et caractérisée plus précisément dans le paragraphe ci-dessous. Dans cette solution trempe un fil de platine (la contre-électrode), un fil d’argent recouvert de chlorure d’argent (la pseudo électrode de référence) et la pointe du microscope électrochi-mique (une électrode de travail). Le substrat, s’il est conducteur, est connecté en tant que seconde électrode de travail via un scotch conducteur (en cuivre) qui est d’un côté collé sur le substrat et de l’autre relié au circuit par une pince crocodile.
Le schéma complet du dispositif est représenté sur la Figure4.6.
Le fonctionnement en mode bipotentiostat du microscope électrochimique à ba-layage est basé sur l’utilisation de deux potentiostats : l’un contrôle le potentiel du substrat, l’autre en mode flottant celui de la pointe. La synchronisation des signaux envoyés de part et d’autre est assurée par un ordinateur qui gère également le fonc-tionnement du piézopositionneur.
Quant au microscope de fluorescence, son fonctionnement est similaire à celui décrit dans le paragraphe1.3.3. L’excitation est assurée par l’association d’une lampe blanche à mercure, d’un filtre d’excitation et d’un dichroïque. La lumière émise, après avoir traversé le substrat, l’objectif, le miroir dichroïque et le filtre d’émis-sion est analysée soit à l’aide d’une caméra CCD, soit par un spectromètre pour une analyse en longueur d’onde. Les données collectées par ces deux appareils sont en-registrés sur un second ordinateur.
La synchronisation entre les deux ordinateurs est quant à elle manuelle. L’annexe donne plus de détails sur le matériel utilisé.
Chapitre 4. Couplage de la microscopie électrochimique à balayage à la microscopie de fluorescence : utilisation d’une unique sonde à la fois électroactive et fluorescente
FIGURE 4.6 – Schéma du dispositif couplant un microscope élec-trochimique à balayage (partie du haut) et un microscope de fluo-rescence (partie du bas) par l’utilisation d’une sonde
électrofluoro-chrome.
4.2.2 Description et caractérisation de la solution
Dans toutes les expériences décrites dans ce chapitre, la solution étudiée sous microscope est une solution de chlorométhoxytétrazine (2 mM) et de tétrabutylam-monium hexafluorophosphate (0,1 M) dans l’acétonitrile. Systématiquement, elle est initialement dégazée à l’aide d’un flux d’argon pendant environ 10 minutes. Puis le flux d’argon est maintenue en surface au cours des mesures. L’objectif est de limiter la présence d’oxygène et d’eau dans la solution.
Dans la suite, la sonde est caractérisée par voltamétrie cyclique dans les condi-tions décrites ci-dessus.
Caractérisation électrochimique dans les conditions expérimentales
Afin de connaître les potentiels de réduction de la tétrazine dans les conditions de l’expérience, les voltamétries cycliques sont enregistrées sur trois électrodes de travail :
FIGURE 4.7 – Voltamétries cycliques enregistrées avec la chloromé-thoxytétrazine sur la pointe (bleu), sur le substrat ITO (orange) et sur le substrat ITO recouvert avec une couche d’or de 10 nm (jaune).
Chapitre 4. Couplage de la microscopie électrochimique à balayage à la microscopie de fluorescence : utilisation d’une unique sonde à la fois électroactive et fluorescente
La cinétique de transfert d’électron est par ailleurs beaucoup plus rapide lorsque l’ITO est recouvert d’une fine couche d’or puisque les deux pics d’oxydation et de réduction sont beaucoup plus rapprochés (courbe jaune de la Figure4.7).
Caractéristiques photophysiques
Les provenances et les caractéristiques précises des produits chimiques et sol-vants utilisés sont données en annexe. Les caractéristiques photophysiques de la chlorométhoxytétrazine ont été décrites dans le premier chapitre.
4.2.3 Procédure d’acquisition
Dans la suite de ce chapitre, nous décrivons les trois configurations SECM (feed-back négatif, feed(feed-back positif et génération au substrat - collecte à la pointe), décrites dans la section1.2.3, dans le cadre du couplage avec la microscopie de fluorescence, avec la chlorométhoxytétrazine en guise de sonde électrofluorochrome.
Les mesures sont faites de manière systématique.
Préparation du montage
Dans un premier temps, la mise au point du microscope optique est faite sur le substrat. Puis, la pointe est placée au centre du champ de la caméra (réglage de sa position dans le plan x,y) et au contact du substrat (réglage en z). La mise au point du microscope optique est alors légèrement ajustée. On remonte ensuite la pointe de 500 µm à l’aide du piezo-contrôleur et on enregistre une courbe d’approche. A l’issue de l’enregistrement de la courbe d’approche, la pointe revient automatiquement à sa position initiale (donc à environ 500 µm au-dessus du substrat).
Acquisition des données
On replace la pointe presque au contact du substrat, à une position z repérée sur la courbe d’approche. Puis, on la remonte pas à pas. Dans toutes nos expériences, le pas adopté initialement était de 5 µm. Pour des distances pointe-substrat supé-rieures à environ 100 µm, il était augmenté à 10 puis 20 µm. A chaque distance pointe-substrat, par ailleurs repérée sur la courbe d’approche, le même signal en potentiel en fonction du temps est imposé à la pointe (de même au substrat s’il est conducteur). La caméra enregistre en parallèle l’évolution de l’intensité de fluores-cence.
Traitement des données
L’ensemble des enregistrements de la caméra permettent de tracer un chrono-fluorogramme pour chacune des positions de la pointe étudiées. Pour cela, une ROI
FIGURE 4.8 – Image en réflexion de la pointe. Le carré rouge déli-mite la région d’intérêt (ROI) au sein de laquelle est collectée l’inten-sité de fluorescence moyenne pour l’établissement des
chronofluoro-grammes