Montages expérimentaux et méthodologie de mesure

δa technique de mesure par transmission est couramment utilisée pour l‘analyse IR de composés, poudres ou liquides, mélangés à du bromure de potassium (KBr) puis pressés en pastille. Le KBr est utilisé comme fenêtre de transmission dans la gamme spectrale de mesure (près de 90% en transmission). Dans notre cas, nous utilisons déjà le GaAs comme support de transmission, il s‘agira simplement d‘analyser la monocouche ou la biointerface formée sur le matériau en positionnant l‘échantillon à la distance focale du faisceau infrarouge. De façon à économiser l‘utilisation du matériau de GaAs et à faciliter la production de nombreuses séries de mesures, les wafers seront découpés en petits échantillons de 4x4mm² (ou 2x2mm²) avec une scie DAD320 (Disco). La mesure de petits échantillons nécessite toutefois un positionnement précis de ceux-ci de façon à ce que le faisceau soit centré sur eux.

ζous avons donc réalisé un support permettant simultanément le maintien et l‘alignement de l‘échantillon à mesurer avec le faisceau IR (Figure 3.6). Le système inclut une table de déplacement Y-Z avec graduations ainsi qu‘un positionnement selon X (en dévissant et glissant le support manuellementΨ. Un dispositif de serrage permet l‘analyse d‘échantillons de dimensions variables (de quelques mm à ~3cm). Une plaque en aluminium permet

d‘ajuster l‘ouverture de mesure à βmm ou 4mm en diamètre. Il est également possible d‘y analyser plusieurs échantillons en simultané (Figure 3.7a et b) de façon à cumuler l‘intensité d‘absorption des vibrations moléculaires de la biointerface. Cependant cette utilisation est limitée par l‘apparition d‘importantes franges d‘interférences dues aux réflexions entre les différents échantillons.

Figure 3.6: Support à échantillon(s) multi-dimension avec tables d'alignement pour analyse FTIR

Figure 3.7: (a) Spectres infrarouges d'échantillons de GaAs avec SAM de MHDA mesurés simultanément et (b) transmission/reflexion du faisceau IR entre deux surfaces

La distance entre les deux surfaces réfléchissantes entre lesquelles les interférences se produisent est équivalente à :

(3.4)

où n est l‘indice de réfraction du matériau entre les deux surfaces qui provoquent les franges d‘interférences, m est le nombre de franges comprises entre les nombres d‘ondes 1 et 2224. Il est possible de supprimer les interférences du spectre en supprimant le ou les pic(sΨ correspondant dans l‘interférogramme. Cependant en supprimant ces fréquences, on procède à une modification de l‘information mesurée particulièrement dans les régions où les franges avaient la plus forte amplitude. Une autre possibilité consiste à incliner les échantillons à un angle proche de l‘angle caractéristique de Brewster. Cette dernière possibilité est difficile à mettre en place manuellement sans contrôle précis de l‘angle des échantillons. La caractérisation de plusieurs échantillons en parallèle est possible et permet d‘amplifier la signature IR des éléments formés sur le GaAs. Cependant, cela reste une opération délicate dans le processus de traitement des franges d‘interférences et cette technique ne sera pas appliquée pour les prochains travaux. Nous pouvons rajouter que, dans la mesure d‘un échantillon unique, des interférences de période plus courte peuvent apparaître. De par le caractère semi-transparent du matériau, ces interférences sont produites par la réflexion du faisceau IR entre les deux faces de l‘échantillon.

Avec les précédentes techniques, les échantillons de référence et de travail sont mesurés successivement après une remise à l‘air puis un re-pompage du compartiment (jusqu‘à une pression comprise entre 0.1mbar et 1mbar). Nous avons pu observer que de faibles variations de l‘environnement pouvaient se produire après ces opérations. Un second montage a été conçu, l‘ASC (« Automated Sample Changer »), cette fois-ci pour y mesurer successivement un certain nombre d‘échantillons sans remise à l‘air. Il s‘agit d‘une roue motorisée avec deux fois douze positions pour des échantillons de 4x4mm² et de 2x2mm². δ‘alignement, avec le premier orifice de la roue, est toujours effectué par la table de déplacement manuelle du précédent montage.

Figure 3.8: Système ASC permettant la mesure en série de plusieurs échantillons au FTIR

Le contrôle de la roue motorisée et la mesure des échantillons sont réalisés à distance par un exécutable programmé en Visual Basic créé spécifiquement pour ce système (Figure 3.9). Le programme permet non seulement un contrôle manuel de la table de rotation et de l‘acquisition du FTIR (référence et échantillonΨ mais propose également un mode automatique. Il est possible dans ce dernier mode de réaliser une séquence de mesures en sélectionnant chaque échantillon à analyser et un échantillon considéré comme celui de référence. Trois choix sont possibles pour le calcul du spectre d‘absorbance :

 Utilisation du spectre d‘un échantillon de référence mesuré préalablement,  Ou le spectre de référence est mesuré une seule fois avant la série,

 Ou le spectre de référence est mesuré avant chaque échantillon.

Enfin, la durée d‘attente entre la fin du mouvement de la roue et le début de la nouvelle mesure peut être spécifiée. δ‘utilisation de ce montage va permettre une caractérisation beaucoup plus précise et rapide des échantillons de GaAs. En effet, pour chaque série de mesures, nous pourrons placer jusqu‘à 11 échantillons de même taille (excluant la référence) sur le porte échantillon puis effectuer la mesure après avoir pompé le compartiment pendant plusieurs dizaines d‘heures. Un long pompage va permettre de proscrire toutes les vibrations induites par les molécules présentes dans l‘atmosphère et de pouvoir mesurer correctement la région spectrale de 2000 à 1300 cm-1 (incluant les vibrations : C=O en étirement, CH2en balancement, ηH en torsion, bandes amides…Ψ.

Figure 3.9: Application de contrôle de l'ASC

Si une analyse précise des bandes amides est nécessaire, l‘utilisation de l‘ASC est indispensable pour éviter les absorptions atmosphériques résiduelles. À titre d‘exemple, la Figure 3.10 montre une SAM de MHDA formée sur GaAs sur laquelle des anticorps ont été immobilisés. δ‘échantillon est d‘abord mesuré avec le support classique puis avec l‘ASC après une journée de pompage. ηn peut observer une nette différence en termes de pics résiduels, le second spectre permet une quantification plus précise de la couverture d‘anticorps sur l‘échantillon.