Synthèse microfluidique et assemblage de nanoparticules de métaux nobles pour spectroscopies vibrationnelles améliorées en surface

Microfluidic synthesis and assembly of noble metal nanoparticles for surface-enhanced vibrational spectroscopies

• Auteur / Autrice : Gustavo Ochoa
• Direction : Samuel Marre, Israel Alejandro López Hernández
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 25/03/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec Universidad autónoma de Nuevo León
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Nora Aleyda García Gómez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samuel Marre, Israel Alejandro López Hernández, Ana María Arizmendi-Morquecho, Omar Eduardo López-Botello, Ali Abou-Hassan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ana María Arizmendi-Morquecho, Omar Eduardo López-Botello

Mots clés

Mots clés contrôlés

Or -- Composés

Argent -- Composés

Réacteurs chimiques

Mots clés libres

Microfluidique

Synthèse microfluidique

Nanoparticules de métaux nobles

Nanoparticules d'argent

Nanoparticules d'or

SERS

Microfluidics

Microfluidic Synthesis

Noble Metal Nanoparticles

Silver Nanoparticles

Gold Nanoparticles

SERS

Résumé

Dans le présent travail, différents réacteurs microfluidiques ont été conçus et fabriqués pour la synthèse microfluidique de nanoparticules d'Ag et d'Au, en utilisant un système de génération de gouttelettes par flux segmenté. Tout d'abord, la fabrication de dispositifs microfluidiques PDMS/verre a été réalisée en utilisant la méthode de lithographie douce qui permet leur obtention de manière reproductible. Cependant, le mélange des propriétés de surface entre les matériaux ne permettait pas de contrôler la reproductibilité des synthèses en raison de problèmes de colmatage à travers les canaux et de coalescence au sein des gouttelettes, provoquant des perturbations de vitesses sur les fluides, et des dépôts de croissance d'Ag au sein des canaux. Pour cette raison, un réacteur microfluidique tubulaire a été fabriqué. Ceci,ayant la même propriété de surface dans tout le réacteur, a permis l'obtention de nanoparticules d'Ag et d'Au avec des morphologies sphériques et des tailles de 7 et 15 nm, respectivement. De plus, ces nanoparticules présentaient unLSPR à 400 nm pour Ag et 520 nm pour Au, caractéristiques de ces métaux. D'autre part, les dispositifs microfluidiques Si/Pyrex sont conditionnés et fabriqués pour une utilisation ultérieure en tant que substrat microfluidique SERS. Celles-ci ont été fonctionnalisées par un procédé de silanisation avec du 3-mercaptopropyltriméthoxysilane pour assembler les nanoparticules de métaux nobles à la surface de leurs microcanaux. Par la suite, des nanoparticules d'Au ont été passées à travers les microcanaux des dispositifs microfluidiques à 80 μL h-1, puis du 4-aminothiophénol a été passé à 20 μL h-1 comme molécule test pour son évaluation dans la spectroscopie Raman augmentée sur des surfaces, en observant une analyse facteur de grossissement de 17 sur les signaux caractéristiques de cette molécule à 1590 et 1080 cm-1, concluant que la synthèse et l'assemblage microfluidique de nanoparticules de métaux nobles est une alternative pour l'analyse SERS.

In the present work, different microfluidic reactors were designed and fabricated for the microfluidic synthesis of Ag and Au nanoparticles, using a droplet generation system through segmented flow. First, the fabrication of PDMS/glass microfluidic devices was carried out using the soft lithography method which allow their obtainment in a reproducible way. However, the mixture of surface properties between the materials did not allow to control the reproducibility of the syntheses due to clogging problems through the channels and coalescence within the droplets, causing velocities disruptions on the fluids, and Ag growth deposits within the channels.Because of this, a tubular microfluidic reactor was fabricated. This, having the same surface property throughout the reactor, allowed the obtaining of Ag and Au nanoparticles with spherical morphologies and sizes of 7 and 15 nm, respectively. In addition, these nanoparticles presented an LSPR at 400 nm for Ag and 520 nm for Au, characteristics of these metals.On the other hand, Si/Pyrex microfluidic devices are conditioned and manufactured for later use as a SERS microfluidic substrate. These were functionalized through a silanization process with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane to assemble the noble metal nanoparticles on the surface of their microchannels.Subsequently, Au nanoparticles were flowed through the microchannels of the microfluidic devices at 80 μL h-1 and then 4-aminothiophenol was flowed at 20 μL h-1 as a test molecule for its evaluation in the augmented Raman spectroscopy on surfaces, observing An analytical magnification factor of 17 on the characteristic signals of this molecule at 1590 and 1080 cm-1, concluding that the synthesis and microfluidic assembly of noble metal nanoparticles is an alternative for SERS analysis.