Élaboration de capteurs de type microleviers optiques avec des nanostructures multi-échelles pour la détection de composés organophosphorés

Elaboration of microcantilever-based sensor with multi-scale nanostructure for the detection of organophosphorus compounds

• Auteur / Autrice : Jean-Philippe Brach
• Direction : Valérie Keller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 20/01/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Rogez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Hochepied, Lionel Rousseau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanostructures

Capteurs (technologie)

Phosphore -- Composés organiques

Mots clés libres

Nanostructuration

TiO2

MOF UiO-66

Microlevier

Détection

Composés organophosphorés

Agents de guerre chimiques

Nanostructuring

TiO2

MOF UiO-66

Microcantilever

Detection

Organophosphorus compounds

Chemical warfare agents

Résumé

La conception de systèmes de détection sensibles, sélectifs et fiables reste un défi majeur pour défendre les civils et militaires de menaces chimiques. Ce projet s’est porté sur l’usage de capteur de type microlevier pour répondre à la menace d’attaques aux agents neurotoxiques. Le principe de ces capteurs repose sur le changement de leur fréquence de résonance suite à l’adsorption d’analytes à leur surface. Cependant, l’élaboration de nanostructures à la surface du capteur présentant des interactions favorables avec les agents neurotoxiques est nécessaire pour améliorer leur sensibilité. Ainsi, cette thèse rapporte l’élaboration de nanostructures multi-échelles à la surface des microleviers, afin d’améliorer leur surface de capture. Ces nanostructures ont été élaborées en deux étapes : (1) avec la croissance de nanofils de TiO2 à la surface des microleviers, puis, (2) avec le greffage de nanoparticules de MOF UiO-66 à la surface des nanofils de TiO2. Les performances en détection des capteurs de type microlevier nanostructurés ont été évaluées avec un simulant du gaz Sarin, le Diméthylméthylphosphonate (DMMP).

The design of detection systems which are sensitive, selective and reliable remains a major challenge to defend civilians and military from chemical threats. This project is focused on microcantilever-based sensors to answer the threat of attack with nerve agents. The principle of these sensors is based on the shift of their resonance frequency after the adsorption of analytes on their surface. However, the elaboration of nanostructures on the sensor’s surface which has favorable interactions with the neurotoxic agents is necessary to improve their sensitivity.Thus, this thesis reports on the elaboration of multi-scale nanostructures to the surface of the microcantilevers, in order to improve the surface capture of the microcantilevers. These nanostructures were developed in two steps: (1) with the growth of TiO2 nanowires on the surface of the microcantilevers, then, (2) with the grafting of MOF UiO-66 nanoparticles on the surface of the TiO2 nanowires. The detection performances of the resulting microcantilever-based sensors were evaluated with an analog of Sarin gas, dimethyl methylphosphonate (DMMP).