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3.Greffage des nanoparticules d’or

4. Post-fonctionnalisation des nanoparticules d’or immobilisées

4.3. Post-fonctionnalisation par le DAPEG

Le DAPEG est un PEG avec deux groupements amine équivalents vis-à-vis de l’interaction avec les GNPs. Le protocole de post-fonctionnalisation par le DAPEG est décrit au chapitre 2, paragraphe 2.2.4.

4.3.1. Caractérisation par MEB

Afin de vérifier si la fonctionnalisation des GNPs a une incidence sur leur dispersion, nous avons analysé les surfaces par MEB. Les résultats de ces analyses sont présentés dans la Figure 60. Les images montrent une densité similaire avant et après traitement avec une diminution de la densité des particules isolées en particulier sur la surface de silicium (c). A l’avenant de la post-fonctionnalisation par la CEA, une analyse quantitative est nécessaire pour recenser ces observations.

Figure 60: Clichés de MEB obtenus après traitement des surfaces nanostructurées Si-PEG (a) et Au-PEG (b) par le DAAu-PEG (c et d respectivement).

4.3.2. Dénombrement des particules et état d’agrégation

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Figure 61 : Histogrammes représentant les densités de GNPs sur les différentes surfaces de silicium (a) et d’or (b) nanostructurées après post-fonctionnalisation par le DAPEG (c et d).

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affecté le recouvrement des nanoparticules. La densité de GNPs individuelles reste inchangée voire améliorée. Malgré cette diminution la qualité globale de la couche de GNPs semble préservée avec une densité et une dispersion toujours très bonnes pour les deux substrats.

4.4. Discussion

Le post-traitement des substrats Si-PEG-GNPs par CEA ou DAPEG entraine dans les deux cas une désorption de particules (jusqu’à 25 % avec CEA) et une diminution de la densité de nanoparticules isolées. On peut expliquer ce comportement par le fait que le taux de recouvrement en GNPs sur la surface Si-PEG dépassait 15% (voir Tableau 6) qui la limite supérieure établie par Grabar et al. 34 pour des GNPs de 15 nm de diamètre stabilisées par des citrates. Ainsi, l'excès de GNPs, faiblement liées et /ou mobiles, s’agglomèrnt légèrement avec un traitement par un ligand faible (fonction amine) comme le DAPEG et s’agrégent et se désorbent avec un ligand fort (fonction thiol) tel que la CEA.

Cet effet a été précédement reporté sur des surfaces de silicium fonctionnalisées APTES. Le traitement de ces surfaces par la CEA a causé la désorption des GNPs immobilisées sur ces surfaces. Ceci a été expliqué par la répulsion entre la charge positive des GNPs, induite par le changement des ions citrates par la CEA, et la charge positive de l’APTES 78a, 83.

A l’inverse, les densités des GNPs sur les surfaces Au-PEG-GNPs n’ont pas été affectées par la post-fonctionnalisation CEA ou DAPEG. Ceci est en accord avec le taux de recouvrement qui n’excède pas 15% et donc l’absence probable de particules faiblement attachées sur cette surface. Pour ces surfaces, l’agrégation est seulement induite par la CEA. Ceci est du au fait que les charges négatives des citrates ne sont plus effectives ce qui entraine la formation d’agrégats 78b.

Bilan

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Conclusion

L’objectif de ce chapitre était d’étudier l’immobilisation des nanoparticules d’or sur les surfaces transductrices préalablement fonctionnalisées ainsi que leur post-fonctionnalisation. Afin d’y parvenir, nous avons entrepris une étude minutieuse des paramètres qui peuvent influencer les interactions entre ces particules et les fonctions chimiques greffées en surface Dès lors, nous avons fonctionnalisé de manière contrôlée des surfaces d’or et de silicium par greffage de silanes et de thiols pour aboutir àdes fonctions amine et thiol terminales avec des longueurs de chaines variées. Ainsi, trois types de surfaces ont été étudiées pour chaque substrat : NH2, NH2/SH et PEG. Les GNPs d’or y ont été déposées selon différents protocoles (sous agitation, sous sonication et sous flux), puis post-fonctionnalisées pour la construction des biocapteurs.

La fonctionnalisation des surfaces transductrices d’or et de silicium a été suivie par mesure de l’angle de contact, PM- IRRAS, ATR-IR et XPS. La caractérisation des surfaces a montré la présence des groupements fonctionnels escomptés en surface (NH2, SH, PEG) attestant de l’efficacité des protocoles de nettoyage, d’activation et de greffage choisis.

Ces surfaces ont ensuite été utilisées pour immobiliser les nanoparticules d’or synthétisées par voie chimique selon la méthode citrate/acide-tannique. Les images MEB des surfaces après l’étape de greffage des nanoparticules ont montré que la nature de la SAM influençait grandement l’immobilisation des GNPs, en l’occurrence les surfaces fonctionnalisées par le DAPEG ont conduit à des taux de recouvrement élevés tout en préservant une densité importante de particules isolées. Cette excellente plateforme d’accroche des GNPs provient de l’incorporation de ces derniers dans les chaînes longues du PEG.

La coexistence de fonctions chimiques d'ancrage multiples (amine et thiols) et des interactions coopératives permet aussi d’améliorer la densité et la dispersion des GNPs à la surface des surfaces planes d'or et de silicium.

Par ailleurs, la densité et la dispersion des GNPs varient en fonction des conditions de dépôt. Les dépôts sous sonication et sous flux permettent d’améliorer la dispersion des GNPs et limitent l’agrégation des GNPs. De plus, le dépôt sous flux en QCM offre un moyen supplémentaire de caractérisation des couches de GNPs.

Afin d’avoir à la fois un recouvrement de particules optimal, tout en assurant une robustesse de la couche de GNPs formées, nous avons sélectionné les surfaces PEG avec un dépôt sous

sonication pour l’étude de la post-fonctionnalisation. Deux molécules différentes ont été utilisées pour cela : la CEA et le DAPEG. Les analyses MEB ont montré que l’influence de la post-fonctionnalisation sur le taux de recouvrement dépend à la fois de la nature du ligand utilisé et de la force de liaison des particules avec la surface. En effet, le DAPEG modifie très peu la couche de nanoparticules d’or tandis que la cysteamine conduit à la désorption des particules en excès et une augmentation du taux d’agrégats.

Cette étude fournit non seulement des données précieuses sur les GNPs immobilisées sur les surfaces, mais permet aussi de proposer des protocoles de dépôt spécifiques, adaptables en terme de densité et dispersion aux besoins de l'application. De plus, la polyvalence du substrat permet à ces plateformes nanostructurées d'être associées à des techniques de transduction variées.

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