Nanostructuration et fonctionnalisation de microleviers pour la détection d’agents chimiques à l’état de traces

Nanostructuration and functionalization of microcantilevers for the detection of trace chemicals agents

• Auteur / Autrice : Geoffrey Gerer
• Direction : Valérie Keller, Denis Spitzer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 01/03/2019
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....) - Nanomatériaux pour les systèmes sous sollicitations extrêmes (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Serge Berthier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Keller, Denis Spitzer, Serge Berthier, Gaëlle Lissorgues, Thierry Djenizian, Eric Lafontaine, Thomas Cottineau, Laurent Schlur
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaëlle Lissorgues, Thierry Djenizian

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes microélectromécaniques

Dépôt électrolytique

Anodisation

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Matériaux nanostructurés

Détecteurs de produits chimiques

Mots clés libres

Nanostructuration

Fonctionnalisation

Microleviers

Nanotubes de TiO2

Composés organophosphorés

Détection

Nanostructuration

Functionalization

Microcantilevers

TiO2 nanotubes

Organophosphorus compounds

Detection

Résumé

Le développement d’un système de détection sensible, sélectif, rapide, fiable et portable à coût modéré est devenu une nécessité pour prévenir le risque chimique lors d’attaques operationnelles ou terroristes potentielles. Ainsi, ce projet porte sur l’élaboration d’un capteur pour la détection d’agents chimiques de guerre de type organophosphorés (Sarin, Tabun, Soman, VX). L’utilisation de microleviers comme capteur pour augmenter la sensibilité est une méthode prometteuse. La surface faible des microleviers conventionnels limite, la sensibilité de la méthode. Ainsi, pour augmenter la surface de capture, nous avons crée un réseau de nanotubes de TiO2 verticalement alignés. Cette nanostructuration est réalisée par une anodisation électrochimique d’une couche de titane pour obtenir les nanotubes de TiO2. L’influence des paramètres du dépôt de titane et de l’anodisation a été optimisée sur des surfaces modèles puis les conditions ont été transferées sur les microleviers. Afin d’augmenter la sélectivité des capteurs (mais aussi la sensibilité) une fonctionnalisation a été réalisée avec une famille originale de ligands bifonctionnels capables de promouvoir la reconnaissance moléculaire des composés organophosphorés cibles et adaptés à la liaison avec une surface de TiO2.

The development of a sensitive, selective, fast, reliable, and moderate cost portable detection system has become a necessity to prevent chemical risk during operational or terrorist attacks. Thus, this project is focused on the elaboration of sensor for the detection of chemical warfare agents (Sarin, Tabun, Soman, VX). The use of microcantilevers as sensors is a promising method to increase sensitivity of detection. The low surface area of conventional microcantilevers limits the sensitivity of the method. Thus, to increase the surface of capture, we create a nanotubular titanium oxide structures. This nanostructuration is performed by anodization of titanium layer to obtain titania nanotubes. The influence of Ti deposition and anodization parameters was studied and the synthesis was optimized onto model surfaces, then beeing transferred to the microcantilevers. In order to increase the selectivity (but also sensitivity) of the sensors functionalization has been carried out with an original family of bifunctional ligands able to promote the molecular recognition of target organophosphorus compounds and suitable for the binding with a TiO2 surface.