Projet ANR-08-BLAN-0161 – HI-LIGHT : Hierarchical Interactions by Light-Induced Generation of Heterogeneous Templates
Programme : Blanc (BLANC) 2008
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : UNIVERSITE BORDEAUX I (UNIVERSITE BORDEAUX I)
Partenaires : Institut polytechnique de Bordeaux; Université de Bordeaux; Université de Rennes 1
Montant : 537823.0 euros
Date de début : 2009
Durée : 48 mois
Résumé : La modification contrôlée de mono-couches greffées sur une surface représente un formidable enjeu dans le développement des nanotechnologies moléculaires. Grâce aux efforts considérables de plusieurs laboratoires leaders mondiaux dans le domaine, il vient d'être réalisé la première "ardoise moléculaire" dans laquelle la reconnaissance chimique peut être spatialement adressée. Nous considérons qu'il est maintenant possible de construire la prochaine génération de tels dispositifs, capables de lire, d'écrire et d'effacer une fonctionnalité moléculaire via des architectures parfaitement définies par des interactions moléculaires hiérarchiquement ordonnées. Le système que nous proposons repose sur un récepteur photoactif de l'acide barbiturique récemment mis au point par le partenaire 1. Dans ce récepteur, une simple irradiation induit une réaction de photodimérisation (formation de cyclodimères anthracéniques) qui ferme le récepteur de manière covalente. Le rapport entre les affinités des formes « ouvertes » et « fermées » du récepteur est de l'ordre de 1000, ce qui représente un résultat sans précédent. Cet effet, qui peut être combiné avec la très grande sélectivité du récepteur vis-à-vis de l'acide barbiturique grâce à l'existence de liaisons hydrogène multiples, ouvre la voie à de nouvelles perspectives pour le contrôle réversible et adressable de la reconnaissance moléculaire. L'immobilisation du récepteur sur une surface (conductrice, semi-conductrice ou isolante) est tout à fait envisageable en synthétisant des dérivés similaires dans lesquels est introduite une fonction chimique d'accrochage adaptée au substrat. Après immobilisation, il devient alors possible d'utiliser la lumière pour provoquer la photodimerisation et donc la conversion du récepteur immobilisé de sa forme ouverte vers sa forme fermée suivant un processus voisin de ce qui est connu en phase homogène. De même et dans un deuxième temps, une méthode électrochimique localisée (microscopie électrochimique SECM ou encore l'AFM-conducteur) sera utilisée pour induire l' oxydation ou la réduction du cyclodimère et ainsi régénérer sa forme ouverte sur une zone spatialement définie. Cette forme d'écriture électrochimique permettra de structurer la surface avec une bonne précision et surtout une très grande flexibilité, notamment grâce au choix du médiateur rédox en SECM. A tout moment, l'irradiation pourra être renouvelée pour refermer l'ensemble des récepteurs ouverts permettant ainsi d'effacer l'ensemble de l'information précédemment écrite. Par ce projet interdisciplinaire qui rassemble des chimistes de synthèse, des électrochimistes, des photochimistes et des physiciens du solide, nous souhaitons d'une part préparer et démontrer la faisabilité de ces ardoises moléculaires basées sur l'écriture-lecture-effacement induites par voies électrochimiques et photochimiques, et d'autre part évaluer leur utilisation dans la construction de transistors organiques à effet de champ (OFET). Sur un plan plus fondamental, nous souhaitons également examiner la nature intime des processus de transferts d'énergie et d'électron dans ces systèmes à l'échelle de la molécule unique, en combinant les études précédentes avec des expériences par fluorescence confocale résolue dans le temps. Concernant la faisabilité du projet, la plus grande partie de l'instrumentation nécessaire (SECM, AFM, STM, microscopie confocale) et les compétences requises sont déjà disponibles chez les partenaires et ne nécessitent que peu ou pas d'apport complémentaire. Par ailleurs, une grande variété de molécules cibles photo- ou électroactives (fullerènes, nanoparticules de CdS ou Au, oligothiophènes, oligophénylènevinylènes, portant un site "acide barbiturique") est déjà disponible. Ces composés pourront être rapidement testés avec des récepteurs portant des sites ouverts notamment dans de nouveaux dispositifs OFET pour l'électronique moléculaire. Le projet s'appuiera sur les connaissances déjà acquises lors