EP1440335A1 - Substrate coated with a transparent organic film and method for making same - Google Patents

Substrate coated with a transparent organic film and method for making same

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Publication number
EP1440335A1
EP1440335A1 EP02790522A EP02790522A EP1440335A1 EP 1440335 A1 EP1440335 A1 EP 1440335A1 EP 02790522 A EP02790522 A EP 02790522A EP 02790522 A EP02790522 A EP 02790522A EP 1440335 A1 EP1440335 A1 EP 1440335A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
film
marker
polymers
polymer
chosen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP02790522A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
François BRENIAUX
Christophe Bureau
Patrick Chaton
Stéphane Getin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1440335A1 publication Critical patent/EP1440335A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D4/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on organic non-macromolecular compounds having at least one polymerisable carbon-to-carbon unsaturated bond ; Coating compositions, based on monomers of macromolecular compounds of groups C09D183/00 - C09D183/16
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics

Definitions

  • the present invention relates to a substrate coated with a transparent organic film, to a process for manufacturing this substrate coated with the transparent organic film, and to its use.
  • transparent film is meant a film having remarkable optical properties of transparency (absence of optical absorption, absence of “quenching”, etc.) over at least one domain of the electromagnetic spectrum, and in particular a low optical extinction or "Coefficient k" in the wavelength range considered for transparency. This optical extinction coefficient is measured for example by spectroscopic ellipsometry or by spectrophotometry.
  • the substrate can be an insulating, conductive or semiconductor substrate of electricity. It constitutes the support for the transparent organic film, and it is chosen according to the use or the destination of the substrate coated with the transparent organic film according to the present invention.
  • the present invention finds, for example, an application in the field of quality control, certification or authentication of substrates coated with transparent thin films. Indeed, it makes it possible to prove the manufacture and / or the origin of the substrate coated with the organic film of the present invention, into or onto which a fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent marker known in very small quantities could have been purposely inserted.
  • the substrate is any object.
  • the substrate constitutes the support for the detection means.
  • the substrate may for example be a support of silica, gold or a composite such as Au / Si, Au / Si0 or more generally metal / substrate, and the transparent organic film a molecular means of attaching the biological probes to certain parts of the surface.
  • the film is chosen to be transparent to the emission wavelength of the fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent marker used, so as to absorb the photons emitted by this marker as little as possible, making it detectable at very low concentrations on the surface of the substrate, and minimizing the interference with the measurement.
  • the signal / noise ratio and the lower detection limits of pairings on the biochip are thus improved.
  • the references in square brackets refer to the annexed list of references.
  • the chip thus functionalized is brought into contact with a sample solution to be analyzed containing target molecules capable of coming to couple with the molecules of recognition of the support.
  • a sample solution to be analyzed containing target molecules capable of coming to couple with the molecules of recognition of the support.
  • the latter can advantageously be "labeled" with a fluorescent molecule, such as for example fluorescein or phycoerythrin which exhibits absorption at 543 n and an emission at 580 nm, the presence of which can then be detected using an appropriate optical device.
  • polypyrrole has a significant absorption in the range of emission wavelengths of the fluorescent label used. This drawback is widely described in the literature relating to the technique in question.
  • the polypyrrole used to fix the recognition molecules absorbs a large part of the fluorescence signal from the coupled target molecules. It therefore interferes with the detection mode.
  • the target molecules and their markers being included in the polypyrrole, in particular because the recognition molecules have been fixed by co-polymerization, this parasitic absorption raises the value of the lower limit of detection which can be reached by this process. .
  • the aim of the present invention is in particular to provide a substrate coated with a transparent thin film and a method of manufacturing this substrate coated with the film which on the one hand responds to the technical problems posed in the prior art concerning biochips, and on the other hand provides a powerful new tool in the areas of quality control, certification and 1 authentication of any objects.
  • the substrate coated with a film of the present invention is characterized in that the film is an electrically insulating and transparent organic polymer in at least one range of wavelengths, and in that that said film is associated with a marker emitting at least in said range of wavelengths.
  • transparent means transparent to the wavelength of detection of the marker used in accordance with the present invention.
  • the wavelength range within which the insulating polymer must be transparent according to the present invention is determined according to the marker used for example in the aforementioned applications.
  • the marker has been chosen, and therefore the emission wavelength of the marker, it is easy to determine the extinction value of such or such polymer at the desired wavelength, for example by ellipsometry spectroscopically or spectrophotometrically, and to examine whether it can be used according to the invention.
  • the insulating polymer which is chosen as a function of the marker.
  • the wavelength range in which it is transparent is determined, then according to this wavelength range, a marker emitting in said range of transparency of the polymer is selected.
  • the marker which is chosen as a function of the polymer it is therefore the marker which is chosen as a function of the polymer.
  • all the insulating polymers are therefore capable of being used as transparent films over at least one range of wavelengths.
  • crosslinked or noncrosslinked polymers chosen from polyacrylamides, polymers of isoprene, ethylene, propylene, ethylene oxide and molecules with tight cycles, lactic acid or its oligomers, lactones, ⁇ -caprolactone, glycolic acid, polyamides, polyurethanes, parylene and polymers based on substituted parylene, oligopeptides and proteins , as well as pre-polymers, macromers or telechelics based on these polymers, as well as the co-polymers and / or mixtures which can be formed from the monomers of these polymers or of these polymers themselves.
  • the choice of the insulating polymer to be used for the application considered, for example from the aforementioned insulating polymers, can then be determined by considerations other than those strictly related to the optical properties of the material.
  • the polymer can be selected, from the range of polymers which can be used according to the invention, for example from a polymer capable of adhering to a substrate, a polymer capable of being functionalized, a polymer having properties thermo-elastic, etc.
  • vinyl polymers are obtained by polymerization of monomers of generic formula (I) below:
  • Ri, R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms or organic groups of any kind, for example from hydrocarbons chosen for example from alkanes, alkenes, alkynes; for example amides, aldehydes, ketones, carboxylic acids, esters, acid halides, anhydrides, nitriles, amines, thiols, phosphates, ethers, homo- or hetero-cyclic aromatics or any cyclic group comprising these functions, as well as any group carrying several of these functions; or by polymerization of a mixture of different monomers corresponding to formula (I) above.
  • hydrocarbons chosen for example from alkanes, alkenes, alkynes
  • the vinyl polymers can be grafted, optionally selectively and localized, on the conductive or semiconductive surfaces of a substrate, by electro-grafting of vinyl monomers, which makes them interesting as substitutes for polypyrroles in a biochip application.
  • polymers can be deposited on all types of surfaces according to the application of the present invention, by the various methods known to those skilled in the art for depositing thin films of polymers, such as coating techniques by centrifugation (“spin- coating ”); dipping; vaporization under ultra-vacuum; CVD deposits; chemical surface polymerization, as described, for example, in patents US4421569, US5043226 or even US5785791; photochemical grafting of polymers on surfaces, such as described for example in patent applications WO-A-9908717 and WO-A-9916907; grafting of polymers under irradiation of particles or photons; chemical grafting on an oxide or other polymer surface, either directly , or via chemical coupling agents (such as thiols, silanes, etc.); deposits resulting from polymerization caused by initiators, in particular radicals, obtained in situ by electrochemistry; ... etc.
  • a deposit of transparent polymer in a thin layer by polarizing a conductive or semiconductive surface in a solution or in a gel containing in particular diazonium salts and polymerizable monomers by way radical.
  • such polymer films are grafted onto the surface of the substrate, in particular in thin films, that is to say with thicknesses less than a micrometer, for example between 1 and 100 nm.
  • thicknesses are possible within the scope of the present invention as defined in the appended claims. They may be either films of preformed polymers grafted onto the surface, for example chemically, electrochemically or even photochemically, in one or more stages, or films constructed directly on the surface from precursor monomers, initiated for example by chemical, electrochemical or photochemical route.
  • This grafting can be carried out, according to the physicochemical characteristics of the process using the present invention, on insulating, conductive or semi-conductive surfaces of electricity.
  • ultra-thin films of transparent polymers can be obtained on electrically conductive or semi-conductive surfaces by electro-grafting of vinyl monomers, for example as described in patent application EP- A- 038 244.
  • the marker can be any marker provided that it can be associated with an electrically insulating organic polymer, in accordance with the present invention, said polymer having to be transparent in at least the range of emission wavelengths of the marker.
  • the marker can be a fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent marker.
  • It may for example be a marker chosen from fluororescein, substituted fluororesceins such as fluorescein diacetate, 5- and 6-carboxyf luoresceins, 5- and 6 -carboxyf luorescein diacetate, ester of succinimidyle of 5- and 6- carboxyf luoresceins ... etc.
  • rhodamine and substituted rhodamines coelenterazine and substituted coelenterazines; aequorin; luciferin and substituted luciferins; bromo chloro indoxyl phosphates (BCIP); luminol; Orange Nonylacridin (NAO); 5, 5 ', 6, 6' -tetrachloro-1, l ', 3, 3' -tetraethyl-benzimidazolyl carbocyanine chloride; iodide of ' 4- (4- ditetradecylaminostyryl) -N-methylpyridinium, perchlorate of 1, 1' -dioctadecyl-3, 3, 3 ', 3' -tetramethyl indocarbocyanine, hydroxyethanesulf onate of 3.3'- dihexa decyloxa carbocyanine, bis- (1, 3-dibarbituric acid) -
  • a chemiluminescent marker is a marker which emits fluorescence when it is placed in the presence of another molecule. These markers are known to a person skilled in the art, it may for example be the biotin-avidin couple commonly used in molecular biology.
  • the quantity of markers can be very low taking into account the choice of the associated electrical insulating organic polymer.
  • the marker can be at a concentration of the order of nano- to ⁇ molar, for example from 1 nmolar to 10 ⁇ M.
  • the term “associated marker” means a marker mixed with the film of insulating organic polymer, or fixed on the monomer (s), for example previously functionalized (s) used for the manufacture of the polymer film, or fixed to the surface of the film directly or indirectly, or trapped in the polymer film during the manufacture of the latter on the surface, or simply deposited on the film by means of a solution of the marker.
  • the marker in quality control, certification or authentication applications, can be mixed with the insulating organic polymer, or inserted after deposition of the polymer by soaking in a solution of a swelling solvent for the polymer containing the marker, or inserted during synthesis. by carrying out the polymerization in the presence of the marker in the synthesis medium, or inserted during the synthesis by carrying out the polymerization with monomers or co-monomers chemically functionalized with the marker, or deposited on the polymer by means of a marker solution.
  • the marker can be associated by grafting directly onto the film, or indirectly onto recognition molecules grafted onto the film of insulating organic polymer.
  • the present invention makes it possible, for example, to solve the problems of the aforementioned prior art relating to biochips, by replacing the polypyrrole commonly used by an insulating polymer in accordance with the present invention, and for example by a vinyl polymer.
  • these insulating polymers have extinctions 10 to 100 times weaker than conductive polymers such as polypyrrole, which considerably reduces their interference with a marker in the detection methods using a chip, for example a biochip.
  • the present invention makes it possible to manufacture detection chips much more sensitive than those of the prior art, by lowering the lower detection limit for example compared to the chips using polypyrrole or another conductive polymer.
  • These detection chips can be manufactured by any known means, except that the conductive films deposited on the substrates will have to be replaced by insulating films chosen in accordance with the present invention.
  • the present invention also relates to the use of such organic thin films transparent.
  • such a coating is capable of harboring a marker, for example fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent chosen in the field of the electromagnetic spectrum corresponding to its zone of transparency, and of authorizing the detection of this very marker, and above all, when this marker is present at very low concentrations in or on the organic film, and this thanks to the optical transparency properties of the insulating organic polymer film chosen.
  • a marker for example fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent chosen in the field of the electromagnetic spectrum corresponding to its zone of transparency
  • the present invention relates to the use of an electrically insulating and transparent organic polymer film in at least one range of wavelengths associated with a marker emitting at least in said range of wavelengths in a method detection of a chemical species.
  • the insulating organic polymer film of the present invention can indeed be functionalized with molecules for recognition of the chemical species such as nucleic acids, proteins, antigens, antibodies, synthetic organic molecules etc.
  • the chemical species may be DNA.
  • the insulating organic polymer film of the present invention can also serve to encapsulate molecules, for example bioactive molecules such as doxorubicin, whose molecular structure is such that these molecules are fluorescent.
  • bioactive molecules such as doxorubicin
  • the molecule has two properties of its own only: that linked to its bioactivity and that linked to its fluorescent character.
  • the present invention relates to the use of the electrically insulating and transparent organic polymer film of the present invention in at least one range of wavelengths associated with a marker emitting at least in said range of lengths d waves in a means of detecting a chemical species.
  • the detection means can be a biochip, such as a DNA chip, a protein chip, a chemical sensor, etc.
  • the present invention also relates to the use of the electrically insulating and transparent organic polymer film of the present invention in at least one range of wavelengths associated with a marker emitting in said range of wavelengths in a chosen process among a quality control process, a certification process or an object authentication process.
  • a polymer film and a marker for example fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent, it is possible to very easily obtain an indirect measurement of the thickness of the film by measuring the intensity of fluorescence emitted.
  • the same protocol provides at least one means of online control of the reproducibility of the industrial method of depositing a polymer film.
  • the thickness of the films according to the present invention can therefore be checked in a very short time from a standard curve.
  • the present invention exploits the active properties of the coating due to the intervention of a fluorophore.
  • the present invention can also be used in the certification or authentication of an object.
  • a simple fluorescence measurement it is possible to determine if the object is an authentic object, that is to say comprising the film associated with the marker, or if it is a copy of said object.
  • a holder of an industrial property title relating to a process for depositing thin films can advantageously mark the films of its manufacture with a marker, for example fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent, in accordance with the present invention, in concentration sufficiently weak that a measuring device such as that described above is necessary for its detection.
  • a marker for example fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent
  • electrical insulator having low optical extinctions in a wavelength range and an emitting marker in said range.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of ellipsometry with a rotating polarizer used to measure the thickness of the insulating polymer films according to the present invention.
  • FIG. 4 is a graph grouping together measurements of index (I) and (N) and of optical extinction coefficient (E) and (K) carried out on a single gold substrate (Gold) and on a covered substrate of an organic film, measured at an angle of 75 ° for all wavelengths between 300 and 800 nm.
  • FIG. 7 is a graph grouping together measurements of index (I) and (N) and of optical extinction coefficient (E) and (K) carried out on a platinum substrate without organic film, measured at an angle of 75 ° for all wavelengths between 300 and 800 nm, as well as values given by the "Handbook of Optical Constants of Solids" edited by ED Palik.
  • FIG. 12 is a graphical representation of the reflection measurements (in%) of the samples with a gold substrate coated with different electrically insulating and transparent organic polymer films according to the invention as a function of the wavelength (in nm) .
  • 15 represents the results of spectrophotometric measurements intended to determine the reflection of a sample of platinum coated with an organic conductive film based on diazonium salts (samples OlOlPt ⁇ and 0101Ptl4), on the range 400 to 800 nm with a reference wavelength of 560 nm.
  • FIG. 16 represents the results of spectrophotometric measurements intended to determine the losses of a sample of platinum coated with an organic conductive film based on diazonium salts (samples 0101Pt6 and 0101Ptl4), on the range 400 to 800 nm with a reference wavelength of 560 nm.
  • FIG. 17 is a dipolar modeling diagram of a surface fluorophore: it represents a dipole of dipole moment m placed above a surface x. Three environments are distinguished, the environment of the dipole, zone 1 of index i, here the superstrate; a stack of thin layers, zone 2 of index n 2 ; and the substrate, zone 3 of index n 3 .
  • the abscissa axis represents "e” the thickness of the polymer film, and the ordinate axis "s" the signal.
  • Figures 19a) and 19b) are schematic representations of gold substrates coated on the one hand with a polypyrrole film (Figure 19a)) in accordance with the prior art, and on the other hand with a polymer film organic insulator (ManAull) ( Figure 19b)) according to the present invention.
  • FIG. 20a is a snapshot (objective x50 - exposure time: 200 ms) of the fluorescence of a drop
  • the extinction measurements are carried out by spectroscopic ellipsometry. It is a non-destructive optical technique which makes it possible to characterize, by determination of the index and the thickness, deposits of thin materials by exploiting the modifications which these subject to the polarization of the light.
  • the ellipsometer used is the GESP5 (trademark) of the company SOPRA. It makes it possible to measure the parameters tan ( ⁇ ) and cos ( ⁇ ) as a function of the wavelength, hence the term "spectroscopic ellipsometry", and / or of the angle of incidence ⁇ of the light beam from analysis.
  • the operating principle of the rotating polarizer ellipsometer used is shown in Figure 1.
  • S represents a light source
  • s and p the polarization vectors of the incident light
  • P and A of the rotating polarizers P and A of the rotating polarizers
  • D a detector
  • the characteristics of the latter can be calculated using regression algorithms on the measurements given by the ellipsometer.
  • thickness e, index n and extinction k we proceeded by regression of the ellipsometric measurements using a smoothing software by nonlinear regression in the complex plane with a non-dispersive law, then with a model. of Lorentz oscillators.
  • Example 2 Samples examined The measurements were carried out on eight different samples, the characteristics of which are summarized in Table 1.
  • the thicknesses of the different films reported in Table I below are measured by profilometry. In this table are also reported the arithmetic roughness, measured by profilometry, according to two peak paths: 500 ⁇ m and 2 mm.
  • Table I References and characteristics of the samples used in the exemplary embodiments
  • polymethacrylonitrile or polymethylmethacrylate films are insulating, and nitrobenzoic films are conductors.
  • ELLIPSOMETRIC MEASUREMENTS OF SUBSTRATES Characteristics of the gold layer (substrate).
  • the ellipsometric spectra of gold are measured for different angles of incidence. This way of proceeding makes it possible to judge the quality of the final result according to the results obtained for these different values, between 50 ° and 75 ° with a step of 5 °.
  • the measurement spectra range from 300 nm to 800 with a measurement step of 5 nm. They are shown in Figures 2 and 3 attached.
  • the measurement of the Gold was carried out on the MANAull sample, on the part not soaked in the reaction mixture and on which no organic film was deposited.
  • the ellipsometric spectra of Platinum are measured under the same conditions as for Gold, measurement angle between 50 ° and 75 ° with a step of 5 ° and the spectral range extends from 300 to 800 nm with a step of
  • the Platinum measurement was carried out on the OlOlPt ⁇ sample, on the part not soaked in the reaction mixture and on which no organic film was deposited.
  • FIG. 7 groups together the index (I) and extinction (E) results thus obtained.
  • values given by the “Handbook of Optical Constants of Solids” edited by E.D. Palik have also been represented.
  • FIG. 12 appended is a graphic representation of the reflection measurements (in%) carried out on these samples with a gold substrate coated with different electrically insulating and transparent organic polymer films according to the invention as a function of the wavelength (in nm).
  • Spectrophotometric results of samples on platinum substrate were measured with a manual "Lambda9m” spectrophotometer (trademark) in order to determine the Reflection, Transmission and Losses of each of them over the wavelength range: 400-800 nm with the length d 'reference wave: 560 nm.
  • FIG. 15 represents the reflection and FIG. 16 represents the losses of the platinum samples coated with a conductive polymer 0101Pt6 and 0101Ptl4, over the range 400 to 800 nm with a reference wavelength of 560 nm.
  • the fluorophore is modeled as being an electric dipole, as shown in FIG. 17, that is to say the smallest possible source in the context of electromagnetic theory. This approach does not harm the general application of the question, since we can calculate the Green's function of the problem and recompose any more complex electromagnetic source as superposition of basic dipoles. It is further assumed that the electromagnetic fields will not be quantified. The comparison of theoretical models to model fluorescence and luminescence in laser cavities, showed almost similar results whether the point of view is classical or quantum.
  • the fluorophore is bathed in a liquid environment.
  • Figure 17 is a dipolar modeling diagram of a surface fluorophore: it represents a dipole of dipole moment m placed above a surface x.
  • zone 1 here the superstrate
  • s thin layer
  • zone 2 the substrate
  • zone 3 the environment of the dipole
  • n ⁇ , 8 ⁇ ; n 2 , ⁇ 2 and n 3 , ⁇ 3 are respectively the index and the dielectric permittivity of zones 1, 2 and 3;
  • d represents the distance from the dipole to the surface of the polymer and t represents the thickness of the polymer.
  • the predictions of this model are now tested in a simple way by examining the fluorescence signal of a drop of fluorescent marker on a PMAN film (AuMANll sample) deposited on a gold substrate and comparing it to the same signal on a polypyrrole film of the same thickness deposited on a gold substrate.
  • the fluorophore used is Cy 3 dctp (trademark) (Amersham) at 1 ⁇ M.
  • the volume of the drops is 0.5 ⁇ l.
  • Figures 19a) and 19b) are schematic representations of gold substrates coated on the one hand with a polypyrrole film (figure 19a)), and on the other hand with an insulating organic polymer film (ManAull) (figure 19b)) in accordance with the present invention.
  • Figures 20a), b) and c) are the pictures (objective x50 - exposure time: 200ms) of the fluorescence on the gold zone (figure 20a)), on the polypyrrole film (figure 20b)) and on the polymethacrylonitrile (MAN) film obtained in this example.
  • the bright spots on the three photographs are either agglomerates of fluorophores or fluorescent dust. These points do not correspond to fluorophores close to the surface, that is to say a few nm, which is the case for biochips for example, but to balls of a few tens to a few hundred nm. It is therefore not on these luminous points that the comparison must be made, but on the "continuous background" which surrounds these points.
  • Example No. 1 Is carried out, on the same gold surfaces as those of Example No. 1, a deposition of polymethacrylonitrile films by electro-initiation from diazonium salts. These films are obtained by electro-reduction of a 2.5 M solution of methacrylonitrile in anhydrous acetonitrile in the presence of 5 ⁇ 10 ⁇ 2 M of tetraethylammonium perchlorate (TEAP) as support electrolyte and of 10 ⁇ 3 M of 4-nitrophenyl diazonium tetrafluoroborate.
  • TEAP tetraethylammonium perchlorate
  • Electro-reduction takes place in voltammetric conditions between +0.3 and -1.5 V / (Ag + / Ag) at 100 mV / s, in non-separated compartments, with a large surface platinum counter electrode. The number of scans is adjusted so as to obtain films with a thickness of the order of 100 nm.
  • Polymethacrylonitrile films of variable thickness truffled with phycoerithrin are made on identical gold slides.
  • the gold plates are polarized in voltammetric conditions between +0.3 and -1.0 V / (Ag + / Ag) at 100 mV / s, in non-separated compartments, with a platinum counter electrode of large area, in a solution containing 2.5 M methacrylonitrile in anhydrous acetonitrile, 5 ⁇ 10 ⁇ 2 M of tetraethylammonium perchlorate
  • TEAP TEAP
  • 3M of 4-nitrophenyl diazonium tetrafluoroborate 1 ⁇ M of phycoerithrin.
  • the thickness of the films obtained, measured by ellipsometry, is 50 ⁇ 5 nm, ie an accuracy of 10% .
  • Each slide is then irradiated at 543 nm, and the resulting fluorescence intensity is measured at 580 nm. Identical fluorescence intensities are measured on all the slides, with a dispersion of the measurements less than 15%.
  • the different thicknesses, between 5 and 150 nm are obtained by varying the number of voltammetric scans.
  • the fluorescence measurement of the coatings obtained makes it possible to draw a calibration curve giving the thickness as a function of the intensity / cm 2 .
  • a 84 nm PMAN deposition is then carried out (measurement by ellipsometry) on a gold surface of 5 cm 2 .
  • the fluorescence measurement indicates, from the calibration curve, a thickness of 75 nm, which makes it possible to validate a correct control without the aid of a direct measurement of the thickness.

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Abstract

The invention concerns a substrate coated with a transparent organic film and a method for making same, and use thereof. The film-coated substrate is characterized in that the film is an electrically insulating organic polymer and transparent in at least a range of wavelengths, and in that the film is associated with a marker emitting at least in said wavelength range. The invention is in particular applicable in a means for detecting a chemical species, such as a biochip, in a quality control process, a certification process or an authentication process for an object.

Description

SUBSTRAT REVETU D'UN FILM ORGANIQUE TRANSPARENT ET PROCEDE DE FABRICATION SUBSTRATE COATED WITH TRANSPARENT ORGANIC FILM AND MANUFACTURING METHOD
DESCRIPTION Domaine techniqueDESCRIPTION Technical area
La présente invention se rapporte à un substrat revêtu d'un film organique transparent, à un procédé de fabrication de ce substrat revêtu du film organique transparent, et à son utilisation. Par film « transparent », on entend un film possédant des propriétés optiques de transparence remarquables (absence d'absorption optique, absence de "quenching", etc..) sur au moins un domaine du spectre électromagnétique, et notamment une faible extinction optique ou « coefficient k » dans le domaine de longueurs d'onde considéré pour la transparence. Ce coefficient d'extinction optique est mesuré par exemple par ellipsométrie spectroscopique ou en spectrophotométrie . Le substrat peut être un substrat isolant, conducteur ou semi-conducteur de l'électricité. Il constitue le support du film organique transparent, et il est choisi en fonction de l'utilisation ou de la destination du substrat revêtu du film organique transparent conforme à la présente invention.The present invention relates to a substrate coated with a transparent organic film, to a process for manufacturing this substrate coated with the transparent organic film, and to its use. By “transparent” film is meant a film having remarkable optical properties of transparency (absence of optical absorption, absence of “quenching”, etc.) over at least one domain of the electromagnetic spectrum, and in particular a low optical extinction or "Coefficient k" in the wavelength range considered for transparency. This optical extinction coefficient is measured for example by spectroscopic ellipsometry or by spectrophotometry. The substrate can be an insulating, conductive or semiconductor substrate of electricity. It constitutes the support for the transparent organic film, and it is chosen according to the use or the destination of the substrate coated with the transparent organic film according to the present invention.
La présente invention trouve par exemple une application dans le domaine du contrôle qualité, de la certification ou de l' authentification de substrats revêtus de films minces transparents. En effet, elle permet de prouver la fabrication et/ou l'origine du substrat revêtu du film organique de la présente invention, dans ou sur lequel on aura pu insérer à dessein un marqueur fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent connu en très faibles quantités. Dans cette application de la présente invention, le substrat est un objet quelconque .The present invention finds, for example, an application in the field of quality control, certification or authentication of substrates coated with transparent thin films. Indeed, it makes it possible to prove the manufacture and / or the origin of the substrate coated with the organic film of the present invention, into or onto which a fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent marker known in very small quantities could have been purposely inserted. In this application of the present invention, the substrate is any object.
Elle trouve aussi une application, par exemple dans le domaine de la détection de la chimisorption ou de la physisorption sur ou dans le film organique transparent d'espèces chimiques, biochimiques ou biologiques préalablement fonctionnalisées par un marqueur fluorescent phosphorescent ou chimiluminescent, comme, par exemple, dans les procédés de détection par fluorescence des puces à analyse chimique ou biochimique, telles que les puces à ADN. Dans ce type d'application, le substrat constitue le support des moyens de détection.It also finds an application, for example in the field of chemisorption or physisorption detection on or in the transparent organic film of chemical, biochemical or biological species previously functionalized by a fluorescent phosphorescent or chemiluminescent marker, such as, for example , in fluorescence detection methods for microarrays with chemical or biochemical analysis, such as DNA microarrays. In this type of application, the substrate constitutes the support for the detection means.
Par exemple, dans le cas d'une biopuce, le substrat peut être par exemple un support de silice, d'or ou un composite tel que Au/Si, Au/Si0 ou plus généralement métal/substrat, et le film organique transparent un des moyens moléculaires de fixer les sondes biologiques sur certaines parties de la surface.For example, in the case of a biochip, the substrate may for example be a support of silica, gold or a composite such as Au / Si, Au / Si0 or more generally metal / substrate, and the transparent organic film a molecular means of attaching the biological probes to certain parts of the surface.
Lorsque la biopuce est mise au contact d'une solution d'échantillon à analyser, des appariements ont lieu entre les ADN de l'échantillon et ceux fixés sur le substrat. Cette fixation peut être, par exemple, détectée en ayant préalablement marqué les ADN de l'échantillon avec un marqueur fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent. Conformément à la présente invention, le film est choisi pour être transparent à la longueur d'onde d'émission du marqueur fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent utilisé, de façon à absorber le moins possible les photons émis par ce marqueur, le rendre détectable à de très basses concentrations en surface du substrat, et minimiser l'interférence avec la mesure. Le rapport signal/bruit et les limites inférieurs de détection des appariements sur la biopuces s'en trouvent ainsi améliorés. Dans la description qui suit, les références entre crochets renvoient à la liste de références annexée .When the biochip is brought into contact with a sample solution to be analyzed, pairings take place between the DNAs of the sample and those fixed on the substrate. This fixation can, for example, be detected by having previously labeled the DNAs of the sample with a fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent marker. In accordance with the present invention, the film is chosen to be transparent to the emission wavelength of the fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent marker used, so as to absorb the photons emitted by this marker as little as possible, making it detectable at very low concentrations on the surface of the substrate, and minimizing the interference with the measurement. The signal / noise ratio and the lower detection limits of pairings on the biochip are thus improved. In the following description, the references in square brackets refer to the annexed list of references.
Art antérieur En ce qui concerne l'application biopuces, les documents FR-A-2 787 581 (1998), FR-A-2 787 582 (1998) et US 5 810 989 (1998), décrivent l'électro- copolymérisation sur un substrat de silice de monomères précurseurs de polymères conducteurs, comme le pyrrole, avec des monomères fonctionnalisés par des molécules de reconnaissance, en particulier des oligonucléotides . Cette technique est parmi les plus utilisées actuellement pour la fixation localisée de molécules de reconnaissances sur les plots d'une biopuce. Dans cette technique, on exploite l'adhésion du film conducteur de polypyrrole sur le substrat de façon à y réaliser la fixation des molécules de reconnaissance .PRIOR ART With regard to the biochip application, the documents FR-A-2 787 581 (1998), FR-A-2 787 582 (1998) and US 5 810 989 (1998), describe electro-copolymerization on a silica substrate of precursor monomers of conductive polymers, such as pyrrole, with monomers functionalized by recognition molecules, in particular oligonucleotides. This technique is among the most used today for the localized fixation of recognition molecules on the studs of a biochip. In this technique, the adhesion of the conductive polypyrrole film to the substrate is exploited so as to achieve the fixing of the recognition molecules therein.
Comme décrit dans les documents précités, ainsi que dans les documents FR-A-2 784 188 (1998) et FR-A-2 784 189 (1998) , la puce ainsi fonctionnalisée est mise en contact avec une solution échantillon à analyser contenant des molécules cibles susceptibles de venir se coupler avec les molécules de reconnaissance du support . Afin de détecter sélectivement les plots sur lesquels il existe un couplage entre les molécules de reconnaissance et les molécules cibles, ces dernières peuvent avantageusement être « marquées » avec une molécule fluorescente, comme par exemple la fluorescéine ou la phycoérythrine qui présente une absorption à 543 n et une émission à 580 nm, dont la présence peut ensuite être détectée à l'aide d'un dispositif optique adéquat.As described in the aforementioned documents, as well as in documents FR-A-2 784 188 (1998) and FR-A-2 784 189 (1998), the chip thus functionalized is brought into contact with a sample solution to be analyzed containing target molecules capable of coming to couple with the molecules of recognition of the support. In order to selectively detect the pads on which there is a coupling between the recognition molecules and the target molecules, the latter can advantageously be "labeled" with a fluorescent molecule, such as for example fluorescein or phycoerythrin which exhibits absorption at 543 n and an emission at 580 nm, the presence of which can then be detected using an appropriate optical device.
Malheureusement, le polypyrrole possède une absorption non négligeable dans le domaine de longueurs d'onde d'émission du marqueur fluorescent utilisé. Cet inconvénient est largement décrit dans la littérature relative a la technique en cause.Unfortunately, polypyrrole has a significant absorption in the range of emission wavelengths of the fluorescent label used. This drawback is widely described in the literature relating to the technique in question.
En effet, Arwin et al., dans la référence [1], mesurent sur un film de polypyrrole de 22 nm d'épaisseur sur or, un indice d'extinction k = 0,3, pour un indice de réfraction n = 1,45 ; Kim et al., dans la référence [2], mesurent une extinction k = 0,3 et un indice n = 1,6 à λ = 632,8 nm, pour un film de polypyrrole de 47 nm d'épaisseur ; Kim et al., dans la référence [3] , mesurent sur un film de polypyrrole de 54 nm à l'état oxydé un indice n = 1,45 pour une extinction k = 0,28, et sur un film de 47 nm à l'état réduit un indice n = 1,6 pour une extinction k = 0,21; et Guedon et al., dans la référence [4], mesurent sur un film de polypyrrole sur or et pour des épaisseurs du film comprises entre 7,5 et 20 nm, un indice n = 1,7 pour une extinction k = 0,3 à 633 nm.Indeed, Arwin et al., In reference [1], measure on a polypyrrole film 22 nm thick on gold, an extinction index k = 0.3, for a refractive index n = 1, 45; Kim et al., In reference [2], measure an extinction k = 0.3 and an index n = 1.6 at λ = 632.8 nm, for a polypyrrole film 47 nm thick; Kim et al., In reference [3], measure on a 54 nm polypyrrole film in the oxidized state an index n = 1.45 for an extinction k = 0.28, and on a 47 nm film at the state reduces an index n = 1.6 for an extinction k = 0.21; and Guedon et al., in reference [4], measure on a polypyrrole film on gold and for thicknesses of film between 7.5 and 20 nm, an index n = 1.7 for an extinction k = 0.3 at 633 nm.
En conséquence, le polypyrrole utilisé pour fixer les molécules de reconnaissance absorbe une large partie du signal de fluorescence des molécules cibles couplées. Il interfère donc avec le mode de détection.Consequently, the polypyrrole used to fix the recognition molecules absorbs a large part of the fluorescence signal from the coupled target molecules. It therefore interferes with the detection mode.
En outre, les molécules cibles et leurs marqueurs étant inclus dans le polypyrrole, en particulier du fait que les molécules de reconnaissance ont été fixées par co-polymérisation, cette absorption parasite relève la valeur de la limite inférieure de détection pouvant être atteinte par ce procédé.In addition, the target molecules and their markers being included in the polypyrrole, in particular because the recognition molecules have been fixed by co-polymerization, this parasitic absorption raises the value of the lower limit of detection which can be reached by this process. .
Dans le domaine du diagnostic par exemple, cet inconvénient est très gênant, puisque c'est précisément aux faibles concentrations en molécules cibles, donc aux faibles concentrations surfaciques en marqueurs fluorescents, que la biopuce présente tout son intérêt.In the field of diagnostics, for example, this drawback is very annoying, since it is precisely at low concentrations of target molecules, therefore at low surface concentrations of fluorescent markers, that the biochip presents all its interest.
Exposé de l'invention La présente invention a notamment pour but de fournir un substrat revêtu d'un film mince transparent et un procédé de fabrication de ce substrat revêtu du film qui d'une part répond aux problèmes techniques posés dans l'art antérieur concernant les biopuces, et d'autre part fournit un nouvel outil puissant dans les domaines du contrôle qualité, de la certification et de 1' authentification d'objets quelconques.SUMMARY OF THE INVENTION The aim of the present invention is in particular to provide a substrate coated with a transparent thin film and a method of manufacturing this substrate coated with the film which on the one hand responds to the technical problems posed in the prior art concerning biochips, and on the other hand provides a powerful new tool in the areas of quality control, certification and 1 authentication of any objects.
Le substrat revêtu d'un film de la présente invention est caractérisé en ce que le film est un polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes, et en ce que ledit film est associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes.The substrate coated with a film of the present invention is characterized in that the film is an electrically insulating and transparent organic polymer in at least one range of wavelengths, and in that that said film is associated with a marker emitting at least in said range of wavelengths.
En effet, les inventeurs ont mis en évidence que, de manière inattendue, le caractère de conducteur électrique et la forte extinction optique sont reliés.Indeed, the inventors have demonstrated that, unexpectedly, the character of an electrical conductor and the high optical extinction are linked.
Ainsi, selon la présente invention, par « transparent » , on entend transparent à la longueur d'onde de détection du marqueur utilisé conformément à la présente invention. Selon un premier mode de réalisation de la présente invention, la gamme de longueur d'onde dans laquelle le polymère isolant doit être transparent selon la présente invention est déterminée en fonction du marqueur utilisé par exemple dans les applications précitées.Thus, according to the present invention, by "transparent" means transparent to the wavelength of detection of the marker used in accordance with the present invention. According to a first embodiment of the present invention, the wavelength range within which the insulating polymer must be transparent according to the present invention is determined according to the marker used for example in the aforementioned applications.
En particulier, une fois le marqueur choisi, et donc la longueur d'onde d'émission du marqueur, il est aisé de déterminer la valeur de l'extinction de tel ou tel polymère à la longueur d'onde voulue, par exemple par ellipsométrie spectroscopique ou en spectrophotométrie, et d'examiner s'il est utilisable selon l'invention.In particular, once the marker has been chosen, and therefore the emission wavelength of the marker, it is easy to determine the extinction value of such or such polymer at the desired wavelength, for example by ellipsometry spectroscopically or spectrophotometrically, and to examine whether it can be used according to the invention.
Selon ce premier mode de réalisation de la présente invention, c'est donc le polymère isolant qui est choisi en fonction du marqueur.According to this first embodiment of the present invention, it is therefore the insulating polymer which is chosen as a function of the marker.
Selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention, après avoir choisi un polymère isolant, la gamme de longueur d'onde dans laquelle il est transparent est déterminée, puis en fonction de cette gamme de longueur d'onde, un marqueur émettant dans ladite gamme de transparence du polymère est sélectionné.According to a second embodiment of the present invention, after having chosen an insulating polymer, the wavelength range in which it is transparent is determined, then according to this wavelength range, a marker emitting in said range of transparency of the polymer is selected.
Selon ce deuxième mode de réalisation de la présente invention, c'est donc le marqueur qui est choisi en fonction du polymère. Selon la présente invention, tous les polymères isolants sont donc susceptibles d'être utilisés en tant que films transparents sur au moins une gamme de longueurs d'onde.According to this second embodiment of the present invention, it is therefore the marker which is chosen as a function of the polymer. According to the present invention, all the insulating polymers are therefore capable of being used as transparent films over at least one range of wavelengths.
Parmi ceux-ci, on peut citer, à titre d'exemple non limitatif, les polymères, co-polymères vinyliques et leurs mélanges, réticulés ou non réticulés, et notamment les polymères, co-polymères et leurs mélanges, réticulés ou non réticulés, de 1' acrylonitrile, du méthacrylonitrile, du méthyl méthacrylate, de 1 ' éthyl méthacrylate, du propyl méthacrylate, du butyl méthacrylate, de 1 ' hydroxyéthyl méthacrylate, de 1 ' hydroxypropyl méthacrylate, du cyano acrylate, de l'acide acrylique, de l'acide méthacrylique, du styrène, du parachloro styrène, de la N-vinyl pyrrolidone, des halogénures de vinyle, du chlorure d'acryloyle, du chlorure de méthacryloyle .Among these, there may be mentioned, by way of nonlimiting example, vinyl polymers, co-polymers and their mixtures, crosslinked or non-crosslinked, and in particular polymers, co-polymers and their mixtures, crosslinked or non-crosslinked, acrylonitrile, methacrylonitrile, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate, cyano acrylate, acrylic acid, l methacrylic acid, styrene, parachloro styrene, N-vinyl pyrrolidone, vinyl halides, acryloyl chloride, methacryloyl chloride.
On peut citer aussi, à titre d'exemple non limitatif, les polymères réticulés ou non réticulés choisis parmi les polyacrylamides, les polymères de l'isoprène, de l'éthylène, du propylène, de l'oxyde d'éthylène et des molécules à cycles tendus, de l'acide lactique ou de ses oligomères, des lactones, de l'ε- caprolactone, de l'acide glycolique, les polyamides, les polyuréthanes, le parylène et les polymères à base parylène substitué, les oligopeptides et les protéines, ainsi que les pré-polymères, macromères ou téléchéliques basés sur ces polymères, ainsi que les co-polymères et/ou mélanges pouvant être formés à partir des monomères de ces polymères ou de ces polymères eux-mêmes . Le choix du polymère isolant à utiliser pour l'application considérée, par exemple parmi les polymères isolant précités, peut ensuite être déterminé par des considérations autres que celles strictement reliées aux propriétés optiques du matériau. Ainsi, selon l'invention, le polymère peut être sélectionné, dans la gamme des polymères utilisables selon l'invention, par exemple parmi un polymère capable d'adhérer sur un substrat, un polymère capable d'être fonctionnalisé, un polymère ayant des propriétés thermo-élastiques, etc.Mention may also be made, by way of nonlimiting example, of the crosslinked or noncrosslinked polymers chosen from polyacrylamides, polymers of isoprene, ethylene, propylene, ethylene oxide and molecules with tight cycles, lactic acid or its oligomers, lactones, ε-caprolactone, glycolic acid, polyamides, polyurethanes, parylene and polymers based on substituted parylene, oligopeptides and proteins , as well as pre-polymers, macromers or telechelics based on these polymers, as well as the co-polymers and / or mixtures which can be formed from the monomers of these polymers or of these polymers themselves. The choice of the insulating polymer to be used for the application considered, for example from the aforementioned insulating polymers, can then be determined by considerations other than those strictly related to the optical properties of the material. Thus, according to the invention, the polymer can be selected, from the range of polymers which can be used according to the invention, for example from a polymer capable of adhering to a substrate, a polymer capable of being functionalized, a polymer having properties thermo-elastic, etc.
Parmi les polymères isolants précités, les inventeurs ont porté leur attention plus spécialement sur les polymères vinyliques, du fait qu'ils peuvent facilement être fabriqués par différents types de réactions, par exemple ioniques ou radicalaires, notamment en films minces, et qu'ils peuvent également être obtenus par voie électrochimique, et être électro- greffes sur des surfaces conductrices ou semi- conductrices de l'électricité. Les polymères vinyliques sont obtenus par polymérisation de monomères de formule générique (I) suivante : Among the aforementioned insulating polymers, the inventors have focused their attention more particularly on vinyl polymers, since they can easily be produced by different types of reactions, for example ionic or radical, in particular in thin films, and they can also be obtained electrochemically, and be electrografted on electrically conductive or semi-conductive surfaces. The vinyl polymers are obtained by polymerization of monomers of generic formula (I) below:
dans laquelle Ri, R2, R3 et R4 sont des atomes d'hydrogène ou des groupements organiques de toute nature, par exemple parmi les hydrocarbures choisis par exemple parmi les alcanes, alcènes, alcynes ; par exemple les amides, aldéhydes, cétones, acides carboxyliques, esters, halogénures d'acide, anhydrides, nitriles, aminés, thiols, phosphates, les éthers, les aromatiques homo- ou hétéro-cyclique ou tout groupement cyclique comportant ces fonctions, ainsi que tout groupement portant plusieurs de ces fonctions ; ou par polymérisation d'un mélange de différents monomères répondant à la formule (I) ci-dessus.in which Ri, R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms or organic groups of any kind, for example from hydrocarbons chosen for example from alkanes, alkenes, alkynes; for example amides, aldehydes, ketones, carboxylic acids, esters, acid halides, anhydrides, nitriles, amines, thiols, phosphates, ethers, homo- or hetero-cyclic aromatics or any cyclic group comprising these functions, as well as any group carrying several of these functions; or by polymerization of a mixture of different monomers corresponding to formula (I) above.
Dans les exemples non limitatifs de réalisation de la présente invention exposés ci-dessous, les propriétés optiques du polymëthacrylonitrile (PMAN) avec Rx = R2 = H, R3 = CH3 et R4 = CN, et du polyméthylméthacrylate (PMMA) avec Ri = R2 = H, R3 = CH3 et R4 = C(=0)0CH3 ont été examinés. Ces deux monomères peuvent conduire à des polymères isolants électro- greffes sur des surfaces conductrices, par électroréduction en milieu organique aprotique. Selon l'invention, dans une application particulière, les polymères vinyliques peuvent être greffés, éventuellement de façon sélective et localisée, sur les surfaces conductrices ou semi- conductrices d'un substrat, par électro-greffage de monomères vinyliques, ce qui les rend intéressants comme substituts aux polypyrroles dans une application biopuce .In the nonlimiting examples of embodiment of the present invention set out below, the optical properties of polymethacrylonitrile (PMAN) with R x = R 2 = H, R 3 = CH 3 and R 4 = CN, and of polymethylmethacrylate (PMMA) with Ri = R 2 = H, R 3 = CH 3 and R4 = C (= 0) 0CH 3 were examined. These two monomers can lead to insulating polymers that are electrografted on conductive surfaces, by electroreduction in an aprotic organic medium. According to the invention, in a particular application, the vinyl polymers can be grafted, optionally selectively and localized, on the conductive or semiconductive surfaces of a substrate, by electro-grafting of vinyl monomers, which makes them interesting as substitutes for polypyrroles in a biochip application.
Ces polymères peuvent être déposés sur tous types de surfaces suivant l'application de la présente invention, par les divers procédés connus de l'homme du métier pour déposer des film minces de polymères, telles que les techniques de revêtement par centrifugation (« spin-coating ») ; de trempage («dipping") ; de vaporisation sous ultra-vide ; de dépôts CVD ; de polymérisation chimique de surface, comme décrit, par exemple, dans les brevets US4421569, US5043226 ou encore US5785791 ; de greffage photochimique de polymères sur surfaces, comme décrit par exemple dans les demandes de brevets WO-A-9908717 et WO-A-9916907 ; de greffage de polymères sous irradiation de particules ou de photons ; de greffage chimique sur une surface d'oxyde ou d'un autre polymère, soit directement, soit via des agents de couplage chimique (tels que les thiols, les silanes...etc. ) ; de dépôts consécutifs à une polymérisation causée par des initiateurs, notamment radicalaires, obtenus in situ par électrochimie ; ...etc.These polymers can be deposited on all types of surfaces according to the application of the present invention, by the various methods known to those skilled in the art for depositing thin films of polymers, such as coating techniques by centrifugation (“spin- coating ”); dipping; vaporization under ultra-vacuum; CVD deposits; chemical surface polymerization, as described, for example, in patents US4421569, US5043226 or even US5785791; photochemical grafting of polymers on surfaces, such as described for example in patent applications WO-A-9908717 and WO-A-9916907; grafting of polymers under irradiation of particles or photons; chemical grafting on an oxide or other polymer surface, either directly , or via chemical coupling agents (such as thiols, silanes, etc.); deposits resulting from polymerization caused by initiators, in particular radicals, obtained in situ by electrochemistry; ... etc.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, on peut par exemple obtenir un dépôt de polymère transparent en couche mince en polarisant une surface conductrice ou semi-conductrice dans une solution ou dans un gel contenant notamment des sels de diazonium et des monomères polymérisables par voie radicalaire.According to a particular embodiment of the invention, it is possible for example to obtain a deposit of transparent polymer in a thin layer by polarizing a conductive or semiconductive surface in a solution or in a gel containing in particular diazonium salts and polymerizable monomers by way radical.
Selon un mode de réalisation avantageux, de tels films de polymères sont greffés sur la surface du substrat, notamment en films minces, c'est-à-dire avec des épaisseurs inférieures au micromètre, par exemple comprises entre 1 et 100 nm.According to an advantageous embodiment, such polymer films are grafted onto the surface of the substrate, in particular in thin films, that is to say with thicknesses less than a micrometer, for example between 1 and 100 nm.
D'autres épaisseurs sont possibles dans le cadre de la présente invention telle qu'elle est définie dans les revendications annexées. II peut s'agir soit de films de polymères préformés greffés sur la surface par exemple par voie chimique, électrochimique ou encore photochimique, en une ou plusieurs étapes, soit de films construits directement sur la surface à partir de monomères précurseurs, initiés par exemple par voie chimique, êlectrochimique ou photochimique .Other thicknesses are possible within the scope of the present invention as defined in the appended claims. They may be either films of preformed polymers grafted onto the surface, for example chemically, electrochemically or even photochemically, in one or more stages, or films constructed directly on the surface from precursor monomers, initiated for example by chemical, electrochemical or photochemical route.
Ce greffage peut être opéré, selon les caractéristiques physico-chimiques du procédé utilisant la présente invention, sur des surfaces isolantes, conductrices ou semi-conductrices de l'électricité.This grafting can be carried out, according to the physicochemical characteristics of the process using the present invention, on insulating, conductive or semi-conductive surfaces of electricity.
Selon un mode de réalisation privilégié, des films ultra-minces de polymères transparents peuvent être obtenus sur des surfaces conductrices ou semi- conductrices de l'électricité par électro-greffage de monomères vinyliques, par exemple tel que décrit dans la demande de brevet EP-A- 038 244.According to a preferred embodiment, ultra-thin films of transparent polymers can be obtained on electrically conductive or semi-conductive surfaces by electro-grafting of vinyl monomers, for example as described in patent application EP- A- 038 244.
Selon la présente invention, le marqueur peut être n'importe quel marqueur pourvu qu'il puisse être associé à un polymère organique isolant électrique, conformément à la présente invention, ledit polymère devant être transparent dans au moins la gamme de longueurs d'ondes d'émission du marqueur.According to the present invention, the marker can be any marker provided that it can be associated with an electrically insulating organic polymer, in accordance with the present invention, said polymer having to be transparent in at least the range of emission wavelengths of the marker.
Par exemple, le marqueur peut être un marqueur fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent.For example, the marker can be a fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent marker.
Il peut s'agir par exemple d'un marqueur choisi parmi la f luorescéine, les f luorescéines substituées telles que la fluorescéine diacetate, les 5- et 6- carboxyf luorescéines, les 5- et 6 -carboxyf luorescéine diacetate, l'ester de succinimidyle des 5- et 6- carboxyf luorescéines...etc . ; la rhodamine et les rhodamines substituées ; la coelenterazine et les coelenterazines substituées ; l'aequorine ; la luciférine et les luciférines substituées ; les bromo chloro indoxyl phosphates (BCIP) ; le luminol ; la Nonylacridine orange (NAO) ; le chlorure de 5, 5', 6 , 6 ' -tetrachloro-1, l', 3, 3 ' -tetraethyl-benzimidazolyl carbocyanine ; l'iodure de '4- (4- ditetradecylaminostyryl) -N-methylpyridinium, le perchlorate de 1, 1 ' -dioctadecyl-3 , 3 , 3 ' , 3 ' -tetramethyl indocarbocyanine , l' hydroxyethanesulf onate de 3,3'- dihexa decyloxa carbocyanine, le bis- (1, 3-dibarbituric acid) -trimethine oxanol, les sels de tétrazolium, les complexes du calcium, du potassium, 1 ' anthraquinone , 1 ' anthracène, le pyrène, la doxorubicine, la phycoérythrine, les porphyrines, les phtalocyanines et plus généralement les complexes organometalliques, les protéines fluorescentes et en particulier les GFP, Green Fluorescent Proteins (K.F. Sullivan, S.A. Kay, « Methods in cell biology : Volume 58 : Green fluorescent proteins », Académie Press, 1999), les sels de minéraux fluorescents (et notamment les sels d'uranium) ainsi que toute molécule possédant un groupement fluorophore. Un marqueur chimiluminescent est un marqueur qui émet une fluorescence lorsqu' il qu'il est mis en présence d'une autre molécule. Ces marqueurs sont connus de l'homme du métier, il peut s'agir par exemple du couple biotine-avidine couramment utilisé en biologie moléculaire.It may for example be a marker chosen from fluororescein, substituted fluororesceins such as fluorescein diacetate, 5- and 6-carboxyf luoresceins, 5- and 6 -carboxyf luorescein diacetate, ester of succinimidyle of 5- and 6- carboxyf luoresceins ... etc. ; rhodamine and substituted rhodamines; coelenterazine and substituted coelenterazines; aequorin; luciferin and substituted luciferins; bromo chloro indoxyl phosphates (BCIP); luminol; Orange Nonylacridin (NAO); 5, 5 ', 6, 6' -tetrachloro-1, l ', 3, 3' -tetraethyl-benzimidazolyl carbocyanine chloride; iodide of ' 4- (4- ditetradecylaminostyryl) -N-methylpyridinium, perchlorate of 1, 1' -dioctadecyl-3, 3, 3 ', 3' -tetramethyl indocarbocyanine, hydroxyethanesulf onate of 3.3'- dihexa decyloxa carbocyanine, bis- (1, 3-dibarbituric acid) -trimethine oxanol, tetrazolium salts, calcium, potassium complexes, anthraquinone, anthracene, pyrene, doxorubicin, phycoerythrin, porphyrins, phthalocyanines and more generally organometallic complexes, fluorescent proteins and in particular GFP, Green Fluorescent Proteins (KF Sullivan, SA Kay, “Methods in cell biology: Volume 58: Green fluorescent proteins”, Académie Press, 1999), salts of fluorescent minerals (and in particular uranium salts) as well as any molecule having a fluorophore group. A chemiluminescent marker is a marker which emits fluorescence when it is placed in the presence of another molecule. These markers are known to a person skilled in the art, it may for example be the biotin-avidin couple commonly used in molecular biology.
La quantité de marqueurs peut être très faible compte tenu du choix du polymère organique isolant électrique associé. Par exemple, le marqueur peut être à une concentration de l'ordre du nano- au μmolaire, par exemple de 1 nmolaire à 10 μM.The quantity of markers can be very low taking into account the choice of the associated electrical insulating organic polymer. For example, the marker can be at a concentration of the order of nano- to μmolar, for example from 1 nmolar to 10 μM.
Selon l'invention, par « marqueur associé », on entend marqueur mélangé au film de polymère organique isolant, ou fixé sur le (s) monomère (s), par exemple préalablement fonctionnalisé (s) servant à la fabrication du film de polymère, ou fixé à la surface du film directement ou indirectement, ou piégé dans le film de polymère lors de la fabrication de ce dernier sur la surface, ou simplement déposé sur le film au moyen d'une solution du marqueur.According to the invention, the term “associated marker” means a marker mixed with the film of insulating organic polymer, or fixed on the monomer (s), for example previously functionalized (s) used for the manufacture of the polymer film, or fixed to the surface of the film directly or indirectly, or trapped in the polymer film during the manufacture of the latter on the surface, or simply deposited on the film by means of a solution of the marker.
Par exemple dans les applications contrôle de qualité, certification ou authentification le marqueur peut être mélangé au polymère organique isolant, ou inséré après dépôt du polymère par trempage dans une solution d'un solvant gonflant du polymère contenant le marqueur, ou inséré lors de la synthèse en effectuant la polymérisation en présence du marqueur dans le milieu de synthèse, ou inséré lors de la synthèse en effectuant la polymérisation avec des monomères ou co- monomères chimiquement fonctionnalisés avec le marqueur, ou déposé sur le polymère au moyen d'une solution de marqueurs.For example, in quality control, certification or authentication applications, the marker can be mixed with the insulating organic polymer, or inserted after deposition of the polymer by soaking in a solution of a swelling solvent for the polymer containing the marker, or inserted during synthesis. by carrying out the polymerization in the presence of the marker in the synthesis medium, or inserted during the synthesis by carrying out the polymerization with monomers or co-monomers chemically functionalized with the marker, or deposited on the polymer by means of a marker solution.
Par exemple dans les applications relatives aux biopuces, le marqueur peut être associé par greffage directement sur le film, ou indirectement sur des molécules de reconnaissance greffées sur le film de polymère organique isolant.For example in applications relating to biochips, the marker can be associated by grafting directly onto the film, or indirectly onto recognition molecules grafted onto the film of insulating organic polymer.
Ainsi, la présente invention permet, par exemple, de résoudre les problèmes de l'art antérieur précité concernant les biopuces, en substituant le polypyrrole couramment utilisé par un polymère isolant conformément à la présente invention, et exemple par un polymère vinylique. En effet, comme démontré ci-après dans les exemples de réalisation de la présente invention, ces polymères isolants possèdent des extinctions 10 à 100 fois plus faibles que les polymères conducteurs tels que le polypyrrole, ce qui réduit considérablement leur interférence avec un marqueur dans les procédés de détection utilisant une puce, par exemple une biopuce.Thus, the present invention makes it possible, for example, to solve the problems of the aforementioned prior art relating to biochips, by replacing the polypyrrole commonly used by an insulating polymer in accordance with the present invention, and for example by a vinyl polymer. Indeed, as demonstrated below in the embodiments of the present invention, these insulating polymers have extinctions 10 to 100 times weaker than conductive polymers such as polypyrrole, which considerably reduces their interference with a marker in the detection methods using a chip, for example a biochip.
En conséquence, la présente invention permet de fabriquer des puces de détection beaucoup plus sensibles que celles de l'art antérieur, en abaissant la limite inférieure de détection par exemple par rapport aux puces utilisant le polypyrrole ou un autre polymère conducteur. Ces puces de détection pourront être fabriquées par tous moyens connus, sauf que les films conducteurs déposés sur les substrats seront à remplacer par des films isolants choisis conformément à la présente invention. La présente invention porte également sur l'utilisation de tels films minces organiques transparents .Consequently, the present invention makes it possible to manufacture detection chips much more sensitive than those of the prior art, by lowering the lower detection limit for example compared to the chips using polypyrrole or another conductive polymer. These detection chips can be manufactured by any known means, except that the conductive films deposited on the substrates will have to be replaced by insulating films chosen in accordance with the present invention. The present invention also relates to the use of such organic thin films transparent.
De façon générale, un tel revêtement est capable d'héberger un marqueur, par exemple fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent choisi dans le domaine du spectre électromagnétique correspondant à sa zone de transparence, et d'autoriser la détection de ce marqueur même, et surtout, lorsque ce marqueur est présent à de très faibles concentrations dans ou sur le film organique, et ceci grâce aux propriétés de transparence optique du film polymère organique isolant choisi .In general, such a coating is capable of harboring a marker, for example fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent chosen in the field of the electromagnetic spectrum corresponding to its zone of transparency, and of authorizing the detection of this very marker, and above all, when this marker is present at very low concentrations in or on the organic film, and this thanks to the optical transparency properties of the insulating organic polymer film chosen.
Ainsi, la présente invention se rapporte à l'utilisation d'un film de polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes dans un procédé de détection d'une espèce chimique.Thus, the present invention relates to the use of an electrically insulating and transparent organic polymer film in at least one range of wavelengths associated with a marker emitting at least in said range of wavelengths in a method detection of a chemical species.
Le film de polymère organique isolant de la présente invention peut en effet être fonctionnalisé avec des molécules de reconnaissance de l'espèce chimique telles que des acides nucléiques, des protéines, des antigènes, des anticorps, des molécules organiques de synthèse etc. Par exemple, dans un procédé de détection par biopuce, l'espèce chimique peut être de l'ADN.The insulating organic polymer film of the present invention can indeed be functionalized with molecules for recognition of the chemical species such as nucleic acids, proteins, antigens, antibodies, synthetic organic molecules etc. For example, in a biochip detection method, the chemical species may be DNA.
Le film de polymère organique isolant de la présente invention peut aussi servir d'encapsulant de molécules, par exemple bioactives comme la doxorubicine, dont la structure moléculaire est telle que ces molécules sont fluorescentes. Dans cette application, la molécule possède deux propriétés à elle seule : celle liée à sa bioactivité et celle liée à son caractère fluorescent.The insulating organic polymer film of the present invention can also serve to encapsulate molecules, for example bioactive molecules such as doxorubicin, whose molecular structure is such that these molecules are fluorescent. In this application, the molecule has two properties of its own only: that linked to its bioactivity and that linked to its fluorescent character.
De manière plus générale, la présente invention se rapporte à l'utilisation du film de polymère organique isolant électrique et transparent de la présente invention dans au moins une gamme de longueurs d'ondes associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes dans un moyen de détection d'une espèce chimique. Comme exposé ci-dessus, le moyen de détection peut être une biopuce, telle qu'une puce à ADN, une puce à protéines, un capteur chimique etc.More generally, the present invention relates to the use of the electrically insulating and transparent organic polymer film of the present invention in at least one range of wavelengths associated with a marker emitting at least in said range of lengths d waves in a means of detecting a chemical species. As explained above, the detection means can be a biochip, such as a DNA chip, a protein chip, a chemical sensor, etc.
La présente invention se rapporte également à l'utilisation du film de polymère organique isolant électrique et transparent de la présente invention dans au moins une gamme de longueurs d'ondes associé à un marqueur émettant dans ladite gamme de longueurs d'ondes dans un procédé choisi parmi un procédé de contrôle qualité, un procédé de certification ou un procédé d' authentification d'un objet.The present invention also relates to the use of the electrically insulating and transparent organic polymer film of the present invention in at least one range of wavelengths associated with a marker emitting in said range of wavelengths in a chosen process among a quality control process, a certification process or an object authentication process.
Dans le contrôle qualité d'un procédé industriel de dépôt de films polymères isolants minces, par exemple, il est primordial de pouvoir caractériser l'épaisseur du revêtement. Sur des films minces, notamment lorsque ces films ont une épaisseur inférieure à 100 nm, il est nécessaire de recourir à des techniques coûteuses et lentes comme la profilométrie ou l' ellipsométrie pour obtenir des mesures fiables des épaisseurs. En outre, les appareils de mesure rapide ont souvent une limite inférieure de détection supérieure au micron. De plus, lorsque les échantillons à qualifier sont de forme complexe (microbilles, grillages, poudres...etc) , les mesures, par exemple par profilomêtrie ou ellipsométrie, sont délicates. En associant, selon la présente invention, un film polymère et un marqueur par exemple fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent, il est possible d'obtenir de manière très simple une mesure indirecte de l'épaisseur du film en mesurant l'intensité de fluorescence émise.In the quality control of an industrial process for depositing thin insulating polymer films, for example, it is essential to be able to characterize the thickness of the coating. On thin films, in particular when these films have a thickness of less than 100 nm, it is necessary to use expensive and slow techniques such as profilometry or ellipsometry to obtain reliable thickness measurements. In addition, rapid measuring devices often have a lower detection limit greater than one micron. In addition, when the samples to be qualified are of complex shape (microbeads, grids, powders ... etc), the measurements, for example by profilometry or ellipsometry, are delicate. By combining, according to the present invention, a polymer film and a marker, for example fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent, it is possible to very easily obtain an indirect measurement of the thickness of the film by measuring the intensity of fluorescence emitted.
Ceci peut être réalisé, par exemple, en soumettant l'objet sur lequel a été déposé le film de polymère associé au marqueur selon la présente invention à une irradiation par une source lumineuse dont le spectre contient au moins la longueur d'onde d'absorption du fluorophore, et en mesurant l'intensité de la fluorescence émise, sur la longueur d'onde d'émission du fluorophore.This can be achieved, for example, by subjecting the object on which the polymer film associated with the marker according to the present invention has been deposited to irradiation by a light source whose spectrum contains at least the absorption wavelength of the fluorophore, and by measuring the intensity of the fluorescence emitted, over the wavelength of emission of the fluorophore.
Il suffit pour cela de réaliser au préalable une courbe de calibration, ou courbe étalon, sur laquelle on porte l'intensité de fluorescence d'un film associé à un marqueur fluorescent en fonction de l'épaisseur du film mesurée par profilomêtrie ou l' ellipsométrie pour différents échantillons plans recouverts du film polymère selon le procédé industriel de dépôt en question, le marqueur étant associé au film à une concentration choisie et identique pour tous les échantillons .For this, it suffices to carry out beforehand a calibration curve, or standard curve, on which the fluorescence intensity of a film associated with a fluorescent marker is brought as a function of the thickness of the film measured by profilometry or ellipsometry. for different flat samples covered with the polymer film according to the industrial deposition process in question, the marker being associated with the film at a chosen concentration and identical for all the samples.
A partir de cette courbe étalon, la mesure de l'intensité de fluorescence émise par un même film polymère fabriqué par le procédé industriel en question et comprenant la concentration choisie et identique aux échantillons précités en marqueur, suffit pour déterminer si le film présente l'épaisseur requise, c'est à dire s'il répond ou non au cahier des charges en termes d'épaisseur, à partir de la connaissance de l'aire dudit objet.From this standard curve, the measurement of the fluorescence intensity emitted by the same polymer film produced by the industrial process in question and comprising the chosen concentration and identical to the aforementioned samples as a marker, suffices to determine whether the film has the required thickness, that is to say whether it meets the specifications in terms of thickness, from the knowledge of the area of said object.
Si cette aire n'est pas connue, le même protocole fournit au moins un moyen de contrôle en ligne de la reproductibilité de la méthode industrielle de dépôt d'un film polymère.If this area is not known, the same protocol provides at least one means of online control of the reproducibility of the industrial method of depositing a polymer film.
Le contrôle de l'épaisseur des films selon la présente invention peut donc être réalisé en un temps très court à partir d'une courbe étalon.The thickness of the films according to the present invention can therefore be checked in a very short time from a standard curve.
Dans cette application contrôle qualité, la présente invention exploite les propriétés actives du revêtement du fait de l'intervention d'un fluorophore.In this quality control application, the present invention exploits the active properties of the coating due to the intervention of a fluorophore.
La présente invention peut également être utilisée dans la certification ou l' authentification d'un objet. Pour cela, il suffit de déposer sur ledit objet un film d'un polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes, associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes selon la présente invention. Ainsi, par une simple mesure de fluorescence, il est possible de déterminer si l'objet est un objet authentique, c'est à dire comportant le film associé au marqueur, ou s'il s'agit d'une copie dudit objet .The present invention can also be used in the certification or authentication of an object. For this, it suffices to deposit on said object a film of an organic electrically insulating and transparent polymer in at least one range of wavelengths, associated with a marker emitting at least in said range of wavelengths according to the present invention. Thus, by a simple fluorescence measurement, it is possible to determine if the object is an authentic object, that is to say comprising the film associated with the marker, or if it is a copy of said object.
L'établissement d'une contrefaçon est souvent délicat, puisque de nombreux procédés se différencient aussi bien sur la pièce traitée, que par la nature de l'interface qui a été construite entre le film de polymère et la surface de la pièce non traitée. Cette interface étant enfouie sous le film qui a été déposé, il devient difficile de l'analyser au travers du film déposé, surtout lorsque son épaisseur est supérieure à 10 nm. Dans ce cas, un titulaire d'un titre de propriété industrielle relatif à un procédé de dépôt de films minces peut avantageusement marquer les films de sa fabrication par un marqueur, par exemple fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent, conformément à la présente invention, en concentration suffisamment faible pour qu'un appareil de mesure tel que celui décrit ci-dessus soit nécessaire à sa détection. Les applications précitées ne sont à considérer qu'à titre d'illustration, et ni ces applications ni le mode opératoire par lequel les polymères isolant constituant le film sont déposés sur la surface des substrats ne sauraient constituer une limitation à l'application de la présente invention.Establishing a counterfeit is often tricky, since many processes differ as much on the part treated, as by the nature of the interface that has been built between the polymer film and the surface of the untreated part. This interface being buried under the film which has been deposited, it becomes difficult to analyze it through the film deposited, especially when its thickness is greater than 10 nm. In this case, a holder of an industrial property title relating to a process for depositing thin films can advantageously mark the films of its manufacture with a marker, for example fluorescent, phosphorescent or chemiluminescent, in accordance with the present invention, in concentration sufficiently weak that a measuring device such as that described above is necessary for its detection. The aforementioned applications are only to be considered as an illustration, and neither these applications nor the procedure by which the insulating polymers constituting the film are deposited on the surface of the substrates can not constitute a limitation to the application of the present invention.
L'homme de l'art saura, en effet, mesurer, sur d'autres applications, l'importance de la présente invention en associant un ou des revêtement (s) organique (s) d'un ou de plusieurs polymères (s) isolant (s) électrique (s) ayant de faibles extinctions optiques dans une gamme de longueur d'onde et un marqueur émettant dans ladite gamme .Those skilled in the art will, in fact, be able to measure, on other applications, the importance of the present invention by associating one or more organic coatings with one or more polymers. electrical insulator (s) having low optical extinctions in a wavelength range and an emitting marker in said range.
D'autre avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtrons encore à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous donnés à titre illustratifs et non limitatifs en références au figures annexées.Other advantages and characteristics of the present invention will appear to those skilled in the art on reading the examples below given by way of illustration and not limiting with reference to the attached figures.
Brève description des figuresBrief description of the figures
- La figure 1 est un schéma illustrant le principe de l' ellipsométrie à polarisateur tournant utilisée pour mesurer l'épaisseur des films de polymère isolant selon la présente invention.- Figure 1 is a diagram illustrating the principle of ellipsometry with a rotating polarizer used to measure the thickness of the insulating polymer films according to the present invention.
- Les figures 2 et 3 sont des spectres de mesures ellipsométriques de l'or, en tant que substrat, pour différents angles d'incidence en degrés : tan(Ψ) = f(λ(nm)) (fig.2) et cos (Δ) = f(λ(nm)) (fig.3), (λ = longueur d'onde en nm) .- Figures 2 and 3 are spectra of ellipsometric measurements of gold, as a substrate, for different angles of incidence in degrees: tan (Ψ) = f (λ (nm)) (fig.2) and cos (Δ) = f (λ (nm)) (fig. 3), (λ = wavelength in nm).
- La figure 4 est un graphique regroupant des mesures d'indice (I) et (N) et de coefficient d'extinction optique (E) et (K) effectuées sur un substrat d'or seul (Or) et sur un substrat recouvert d'un film organique, mesurés à un angle de 75° pour toutes les longueurs d'onde entre 300 et 800 nm.FIG. 4 is a graph grouping together measurements of index (I) and (N) and of optical extinction coefficient (E) and (K) carried out on a single gold substrate (Gold) and on a covered substrate of an organic film, measured at an angle of 75 ° for all wavelengths between 300 and 800 nm.
- Les figures 5 et 6 sont des spectres ellipsométriques d'un substrat de platine sans film de polymère organique obtenus à partir de mesures effectuées sur une gamme spectrale s' étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5nm : tan (Ψ) =f (λ(nm) ) avec une incidence de 75° (fig.5) et cos (Δ) = f(λ(nm)) avec une incidence de 75° (fig.6).- Figures 5 and 6 are ellipsometric spectra of a platinum substrate without organic polymer film obtained from measurements carried out on a spectral range extending from 300 to 800 nm with a step of 5nm: tan (Ψ) = f (λ (nm)) with an incidence of 75 ° (fig. 5) and cos (Δ) = f (λ (nm)) with an incidence of 75 ° (fig. 6).
- La figure 7 est un graphique regroupant des mesures d'indice (I) et (N) et de coefficient d'extinction optique (E) et (K) effectuées sur un substrat de platine sans film organique, mesurés à un angle de 75° pour toutes les longueurs d'onde entre 300 et 800 nm, ainsi que des valeurs données par le « Handbook of Optical Constants of Solids » édité par E.D. Palik.FIG. 7 is a graph grouping together measurements of index (I) and (N) and of optical extinction coefficient (E) and (K) carried out on a platinum substrate without organic film, measured at an angle of 75 ° for all wavelengths between 300 and 800 nm, as well as values given by the "Handbook of Optical Constants of Solids" edited by ED Palik.
- Les figures 8a) , 9a) , 10a) et lia) représentent des spectres ellipsométriques d'un substrat de platine recouvert d'un film de PMAN obtenus à partir de mesures effectuées entre 55 et 75° avec un pas de 5°, la gamme spectrale s 'étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5nm : tan (Ψ) =f (λ(nm) ) , respectivement pour les échantillons AuMAN7 , AuMAN24, Au2401 et Au2301. - Les figures 8b) , 9b) , 10b) et 11b) représentent des spectres ellipsométriques d'un substrat de platine recouvert d'un film de PMAN obtenus à partir de mesures effectuées entre 50 et 75° avec un pas de 5°, la gamme spectrale s' étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5nm : avec une incidence de 75° (fig.5) et cos (Δ) = f(λ(nm), respectivement pour les échantillons AuMAN7, AuMAN24, Au2401 et Au2301.- Figures 8a), 9a), 10a) and lia) represent ellipsometric spectra of a platinum substrate covered with a PMAN film obtained from measurements made between 55 and 75 ° with a step of 5 °, the spectral range extending from 300 to 800 nm with a step of 5 nm: tan (Ψ) = f (λ (nm)), respectively for the samples AuMAN7, AuMAN24, Au2401 and Au2301. - Figures 8b), 9b), 10b) and 11b) represent ellipsometric spectra of a platinum substrate covered with a PMAN film obtained from measurements made between 50 and 75 ° with a step of 5 °, the spectral range extending from 300 to 800 nm with a step of 5 nm: with an incidence of 75 ° (fig. 5) and cos (Δ) = f (λ (nm), respectively for the samples AuMAN7, AuMAN24, Au2401 and Au2301.
- La figure 12 est une représentation graphique des mesures de la réflexion (en%) des échantillons à substrat d'or revêtus de différents films polymères organiques isolants électriques et transparents selon l'invention en fonction de la longueur d'onde (en nm) .FIG. 12 is a graphical representation of the reflection measurements (in%) of the samples with a gold substrate coated with different electrically insulating and transparent organic polymer films according to the invention as a function of the wavelength (in nm) .
- Les figures 13a) et 13b) sont des spectres de mesures ellipsométriques effectuées entre 50 et 75° avec un pas de 5°, la gamme spectrale s' étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5 nm, sur un substrat de platine revêtu d'un film de polymère organique conducteur à base de sels de diazonium (échantillon 0101Pt6) , pour différents angles d'incidence en degrés : tan(Ψ)multiangles = f(λ(nm)) (fig.l3a)) et cos (Δ)multiangles = f(λ(nm)) (fig.l3b)). - Les figures 14a) et b) sont des spectres de mesures ellipsométriques effectuées entre 50 et 75° avec un pas de 5°, la gamme spectrale s' étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5 nm, sur un substrat de platine revêtu d'un film de polymère organique conducteur à base de sels de diazonium (échantillon 0101Ptl4) , pour différents angles d'incidence en degrés : tan(Ψ) multiangles = f(λ(nm)) (fig.l4a)) et cos (Δ)multiangles = f(λ(nm)) (fig.l4b)). - La figure 15 représente les résultats de mesures spectrophotométriques destinées à déterminer la réflexion d'un échantillon de platine revêtu d'un film organique conducteur à base de sels de diazonium (échantillons OlOlPtβ et 0101Ptl4) , sur la gamme 400 à 800 nm avec une longueur d'onde de référence de 560 nm.- Figures 13a) and 13b) are spectra of ellipsometric measurements made between 50 and 75 ° with a step of 5 °, the spectral range extending from 300 to 800 nm with a step of 5 nm, on a platinum substrate coated with a conductive organic polymer film based on diazonium salts (sample 0101Pt6), for different angles of incidence in degrees: tan (Ψ) multiangles = f (λ (nm)) (fig.l3a)) and cos (Δ) multiangles = f (λ (nm)) (fig.l3b)). - Figures 14a) and b) are spectra of ellipsometric measurements made between 50 and 75 ° with a step of 5 °, the spectral range extending from 300 to 800 nm with a step of 5 nm, on a platinum substrate coated with a conductive organic polymer film based on diazonium salts (sample 0101Ptl4), for different angles of incidence in degrees: tan (Ψ) multiangles = f (λ (nm)) (fig.l4a)) and cos (Δ) multiangles = f (λ (nm)) (fig.l4b)). FIG. 15 represents the results of spectrophotometric measurements intended to determine the reflection of a sample of platinum coated with an organic conductive film based on diazonium salts (samples OlOlPtβ and 0101Ptl4), on the range 400 to 800 nm with a reference wavelength of 560 nm.
- La figure 16 représente les résultats de mesures spectrophotométriques destinées à déterminer les pertes d'un échantillon de platine revêtu d'un film organique conducteur à base de sels de diazonium (échantillons 0101Pt6 et 0101Ptl4) , sur la gamme 400 à 800 nm avec une longueur d'onde de référence de 560 nm.FIG. 16 represents the results of spectrophotometric measurements intended to determine the losses of a sample of platinum coated with an organic conductive film based on diazonium salts (samples 0101Pt6 and 0101Ptl4), on the range 400 to 800 nm with a reference wavelength of 560 nm.
- La figure 17 est un schéma de modélisation dipolaire d'un fluorophore en surface : il représente un dipôle de moment dipolaire m placé au-dessus d'une surface x. Trois milieux sont distingués, l'environnement du dipôle, la zone 1 d'indice i, ici le superstrat ; un empilement de couches minces, la zone 2 d'indice n2 ; et le substrat, la zone 3 d'indice n3. - Les figures 18a) et 18b) représentent des modélisations (signal (ua) = f (épaisseur du polymère (en nm) ) du signal de fluorescence d'un dipôle fluorophore placé en surface d'un film organique selon deux orientations, parallèle (//) (figure 18a)) et perpendiculaire (_L) (figure 18b)) à la surface. Sur ces figures, cas 1 : n = 1, 5 et k = 0 , 02 ; cas 2 : n = 1,5 et k = 0,003 ; cas 3 : n = 1,5 et k = 0,0 (valeur extrême) ; le cas 4 modélise un film organique conducteur typique, comme ceux obtenus à partir de sels de diazonium : n = 1,5 et k = 0,4. Sur ces figures, l'axe des abscisses représente « e » l'épaisseur du film de polymère, et l'axe des ordonnées « s » le signal .- Figure 17 is a dipolar modeling diagram of a surface fluorophore: it represents a dipole of dipole moment m placed above a surface x. Three environments are distinguished, the environment of the dipole, zone 1 of index i, here the superstrate; a stack of thin layers, zone 2 of index n 2 ; and the substrate, zone 3 of index n 3 . - Figures 18a) and 18b) represent modeling (signal (ua) = f (thickness of the polymer (in nm)) of the fluorescence signal of a fluorophore dipole placed on the surface of an organic film in two orientations, parallel (//) (figure 18a)) and perpendicular (_L) (figure 18b)) to the surface. In these figures, case 1: n = 1, 5 and k = 0.02; case 2: n = 1.5 and k = 0.003; case 3: n = 1.5 and k = 0.0 (extreme value); case 4 models a typical conductive organic film, like those obtained from diazonium salts: n = 1.5 and k = 0.4. In these figures, the abscissa axis represents "e" the thickness of the polymer film, and the ordinate axis "s" the signal.
- Les figures 19a) et 19b) sont des représentations schématiques de substrats d'or revêtus d'une part d'un film de polypyrrole (figure 19a)) conformément à l'art antérieur, et d'autre part d'un film polymère organique isolant (ManAull) (figure 19b) ) conformément à la présente invention.- Figures 19a) and 19b) are schematic representations of gold substrates coated on the one hand with a polypyrrole film (Figure 19a)) in accordance with the prior art, and on the other hand with a polymer film organic insulator (ManAull) (Figure 19b)) according to the present invention.
- La figure 20a) est un cliché (objectif x50 - temps de pose : 200 ms) de la fluorescence d'une goutte- Figure 20a) is a snapshot (objective x50 - exposure time: 200 ms) of the fluorescence of a drop
(0,5 μl d'une solution 1 μM) de fluorophore Cydctp (marque de commerce) de la société Amersham déposée sur un substrat d'or, sur la zone d'or.(0.5 μl of a 1 μM solution) of fluorophore Cydctp (trademark) from the company Amersham deposited on a gold substrate, on the gold zone.
- La figure 20b) est un cliché (objectif x50 - temps de pose : 200 ms) de la fluorescence d'une goutte- Figure 20b) is a snapshot (objective x50 - exposure time: 200 ms) of the fluorescence of a drop
(0,5 μl d'une solution 1 μM) de fluorophore Cydctp (marque de commerce) de la société Amersham déposée sur un film de polypyrrole déposé sur un substrat d'or, sur la zone correspondante au polypyrrole . - La figure 20c) est un cliché (objectif x50 - temps de pose : 200 ms) de la fluorescence d'une goutte (0,5 μl d'une solution 1 μM) de fluorophore Cydctp(0.5 μl of a 1 μM solution) of fluorophore Cydctp (trademark) from the company Amersham deposited on a polypyrrole film deposited on a gold substrate, on the zone corresponding to the polypyrrole. - Figure 20c) is a snapshot (objective x50 - exposure time: 200 ms) of the fluorescence of a drop (0.5 μl of a 1 μM solution) of Cydctp fluorophore
(marque de commerce) de la société Amersham déposée sur un film de polyméthacrylonitrile (MAN) déposé sur un substrat d'or (échantillon AuManll) , sur la zone correspondante au dépôt de MAN.(trademark) of the company Amersham deposited on a film of polymethacrylonitrile (MAN) deposited on a gold substrate (AuManll sample), on the zone corresponding to the deposition of MAN.
EXEMPLESEXAMPLES
Exemple 1 : Techniques de mesures et de modélisation des propriétés optiques de l'échantillonEXAMPLE 1 Techniques for Measuring and Modeling the Optical Properties of the Sample
Les mesures d'extinction sont effectuées par ellipsométrie spectroscopique. C'est une technique optique non destructive qui permet de caractériser par détermination de l'indice et de l'épaisseur, des dépôts de matériaux minces en exploitant les modifications que ceux-ci font subir à la polarisation de la lumière.The extinction measurements are carried out by spectroscopic ellipsometry. It is a non-destructive optical technique which makes it possible to characterize, by determination of the index and the thickness, deposits of thin materials by exploiting the modifications which these subject to the polarization of the light.
Lorsqu'un faisceau est réfléchi à la surface d'un échantillon, son état de polarisation est modifié. En effet, en incidence oblique, le champ électrique d'une onde lumineuse se décompose selon deux directions propres dont l'une est perpendiculaire au plan d'incidence (onde S) et l'autre parallèle à ce planWhen a beam is reflected on the surface of a sample, its polarization state is changed. Indeed, in oblique incidence, the electric field of a light wave breaks down in two proper directions, one of which is perpendicular to the plane of incidence (S wave) and the other parallel to this plane.
(P) . Ces deux ondes interagissent différemment avec la surface de l'échantillon et font apparaître les coefficients de réflexion, en amplitude, rs et rp selon qu'il s'agisse des ondes S ou P.(P). These two waves interact differently with the surface of the sample and show the reflection coefficients, in amplitude, r s and r p depending on whether they are S or P waves.
Le changement d'état de polarisation, qui résulte de la différence de comportement en amplitude et en phase des ondes S et P, peut alors être caractérisé par p selon l'équation eql suivante : p = L = tan(Ψ)em eql rs tan (ψ) représente un rapport d'amplitude et Δ une différence de phase entre les polarisations S et P.The change in polarization state, which results from the difference in amplitude and phase behavior of the S and P waves, can then be characterized by p according to the following equation eql: p = L = tan (Ψ) e m eql r s tan (ψ) represents an amplitude ratio and Δ a phase difference between the polarizations S and P.
L' ellipsomètre utilisé est le GESP5 (marque de commerce) de la société SOPRA. Il permet de mesurer les paramètres tan (ψ) et cos (Δ) en fonction de la longueur d'onde, d'où le terme « ellipsométrie spectroscopique », et/ou de l'angle d'incidence θ du faisceau lumineux d'analyse. Le principe de fonctionnement de l' ellipsomètre à polarisateur tournant utilisé est exposé sur la figure 1.The ellipsometer used is the GESP5 (trademark) of the company SOPRA. It makes it possible to measure the parameters tan (ψ) and cos (Δ) as a function of the wavelength, hence the term "spectroscopic ellipsometry", and / or of the angle of incidence θ of the light beam from analysis. The operating principle of the rotating polarizer ellipsometer used is shown in Figure 1.
Sur cette figure, S représente une source lumineuse, s et p les vecteurs de polarisation de la lumière incidente, P et A des polariseurs tournants, et D un détecteur.In this figure, S represents a light source, s and p the polarization vectors of the incident light, P and A of the rotating polarizers, and D a detector.
Au moyen d'une modélisation de l'échantillon, on peut calculer les caractéristiques de ce dernier à l'aide d'algorithmes de régression sur les mesures données par l' ellipsomètre . Pour caractériser les échantillons, épaisseur e, indice n et extinction k, nous avons procédé par régression des mesures ellipsométriques à l'aide d'un logiciel de lissage par régression non linéaire dans le plan complexe avec une loi non dispersive, puis avec un modèle d'oscillateurs de Lorentz.By means of a modeling of the sample, the characteristics of the latter can be calculated using regression algorithms on the measurements given by the ellipsometer. To characterize the samples, thickness e, index n and extinction k, we proceeded by regression of the ellipsometric measurements using a smoothing software by nonlinear regression in the complex plane with a non-dispersive law, then with a model. of Lorentz oscillators.
La cohérence des résultats a été vérifiée avec les mesures spectrophotométriques .The consistency of the results was checked with spectrophotometric measurements.
Exemple 2 : Echantillons examinés Les mesures ont été effectuées sur huit échantillons différents, dont les caractéristiques sont résumées dans le Tableau 1.Example 2: Samples examined The measurements were carried out on eight different samples, the characteristics of which are summarized in Table 1.
Trois séries distinctes d'échantillons ont été analysées : - une série de films de PMAN électro-greffes sur or, d'épaisseur variant entre 9 et 150 nm. Ces films sont obtenus par électro-réduction d'une solution à 2,5 M de méthacrylonitrile dans l' acêtonitrile anhydre sur électrode d'or, en présence de 5xl0"2 M de perchlorate de tétra-éthylammonium (TEAP) comme électrolyte support. L' électro-réduction a lieu en conditions voltamétriques entre -0,3 et -2,6 V/ (Ag+/Ag) à 100 mV/s, en compartiments non séparés, avec une contre-électrode de platine de grande surface. Les différentes épaisseurs sont obtenues en variant le nombre de balayages voltamétriques ;Three distinct series of samples were analyzed: - a series of PMAN films electro-grafts on gold, of thickness varying between 9 and 150 nm. These films are obtained by electro-reduction of a 2.5 M solution of methacrylonitrile in anhydrous acetonitrile on a gold electrode, in the presence of 5 × 10 −2 M of tetraethylammonium perchlorate (TEAP) as the support electrolyte. The electro-reduction takes place in voltametric conditions between -0.3 and -2.6 V / (Ag + / Ag) at 100 mV / s, in non-separated compartments, with a large surface platinum counter electrode. The different thicknesses are obtained by varying the number of voltammetric scans;
- deux films de PMMA électro-greffes sur or, l'un d'épaisseur 100 nm, l'autre épais (épaisseur > 0,5 μm) . Ces films sont obtenus par électro-réduction d'une solution de méthacrylate de méthyle, dans les mêmes conditions que pour les films de PMAN ;- two films of PMMA electro-grafts on gold, one 100 nm thick, the other thick (thickness> 0.5 μm). These films are obtained by electro-reduction of a methyl methacrylate solution, under the same conditions as for PMAN films;
- deux films obtenus par électro-réduction d'une solution à 10"3 M de tétrafluoroborate de para- nitrophênyldiazonium (PNPD) dans l' acêtonitrile anhydre sur électrode de platine, en présence de 5xl0"2 M de TEAP comme électrolyte support . Les balayages de potentiels sont appliqués de + 0,3 V/ (Ag+/Ag) à -2,9 V/ (Ag+/Ag) , à -200 mV/s. Deux films, d'épaisseurs respectives 3 et 30 nm sont obtenus par ce protocole. Cette dernière série d'échantillons a été choisie car les films organiques obtenus par électro-greffage de PNPD sont conducteurs de l'électricité, contrairement aux films des deux premières séries. En outre, les mesures ellipsométriques seront également comparées à celles obtenues sur un film de polypyrrole en tant que polymère conducteur.- two films obtained by electro-reduction of a 10 " 3M solution of para-nitrophenyl diazonium tetrafluoroborate (PNPD) in anhydrous acetonitrile on a platinum electrode, in the presence of 5 × 10 -2 M TEAP as a support electrolyte. Potential sweeps are applied from + 0.3 V / (Ag + / Ag) to -2.9 V / (Ag + / Ag), at -200 mV / s. Two films, of respective thicknesses 3 and 30 nm are obtained by this protocol. This last series of samples was chosen because the organic films obtained by electro-grafting of PNPD are conductors of electricity, unlike the films of the first two series. In addition, the ellipsometric measurements will also be compared with those obtained on a polypyrrole film as a conductive polymer.
Les épaisseurs des différents films reportées dans le Tableau I ci-dessous sont mesurées par profilomêtrie. Dans ce tableau sont également reportées les rugosités arithmétiques, mesurées par profilomêtrie, selon deux parcours de pointe: 500 μm et 2 mm.The thicknesses of the different films reported in Table I below are measured by profilometry. In this table are also reported the arithmetic roughness, measured by profilometry, according to two peak paths: 500 μm and 2 mm.
Tableau I : Références et caractéristiques des échantillons utilisés dans les exemples de réalisationTable I: References and characteristics of the samples used in the exemplary embodiments
Dans ce tableau, les films de polyméthacrylonitrile ou polymêthylméthacrylate sont isolants, et les films nitrobenzoïques sont conducteurs .In this table, polymethacrylonitrile or polymethylmethacrylate films are insulating, and nitrobenzoic films are conductors.
MESURES ELLIPSOMETRIQUES DES SUBSTRATS. Caractéristiques de la couche d'or (substrat). Les spectres ellipsométriques de l'or sont mesurés pour différents angles d'incidence. Cette manière de procéder permet de juger la qualité du résultat final en fonction des résultats obtenus pour ces différentes valeurs, entre 50° et 75° avec un pas de 5°. Les spectres de mesure s'étalent entre 300 nm et 800 avec un pas de mesure de 5 nm. Ils sont présentés sur les figures 2 et 3 annexées.ELLIPSOMETRIC MEASUREMENTS OF SUBSTRATES. Characteristics of the gold layer (substrate). The ellipsometric spectra of gold are measured for different angles of incidence. This way of proceeding makes it possible to judge the quality of the final result according to the results obtained for these different values, between 50 ° and 75 ° with a step of 5 °. The measurement spectra range from 300 nm to 800 with a measurement step of 5 nm. They are shown in Figures 2 and 3 attached.
La mesure de l'Or a été effectuée sur l'échantillon MANAull, sur la partie non trempée dans le mélange reactionnel et sur laquelle aucun film organique n'a été déposé.The measurement of the Gold was carried out on the MANAull sample, on the part not soaked in the reaction mixture and on which no organic film was deposited.
Nous cherchons les valeurs d' indice et d'extinction de cette couche d'or, son épaisseur supérieure au micron permet de l'assimiler, « ellipsomêtriquement » à un substrat. Nous procédons alors à une inversion, résolution d'équation, des données pour tirer le n et le k de l'or. Cette opération est effectuée pour chaque angle de mesure. On a reporté sur la Figure 4 annexée les indices mesurés à un angle d'incidence de 75° pour toutes les longueurs d'onde entre 300 et 800 nm.We are looking for the index and extinction values of this layer of gold, its thickness greater than one micron makes it possible to assimilate it, "ellipsometrically" to a substrate. We then proceed to an inversion, equation resolution, of the data to derive the n and the k from the gold. This operation is carried out for each measurement angle. The indices measured at an angle of incidence of 75 ° for all the wavelengths between 300 and 800 nm are shown in the appended FIG. 4.
Pour comparaison, les mesures effectuées sur un substrat d'or seul ont également été reportées, indépendamment des échantillons portant un film organique greffé, ce qui permet de contrôler la stabilité des mesures. Caractéristiques de la couche de platine (substrat) .For comparison, the measurements made on a gold substrate alone were also reported, independently of the samples carrying a grafted organic film, which makes it possible to control the stability of the measurements. Characteristics of the platinum layer (substrate).
Les spectres ellipsométriques du Platine sont mesurés dans les mêmes conditions que pour l'Or, angle de mesure entre 50° et 75° avec un pas de 5° et la gamme spectrale s'étend de 300 à 800 nm avec un pas deThe ellipsometric spectra of Platinum are measured under the same conditions as for Gold, measurement angle between 50 ° and 75 ° with a step of 5 ° and the spectral range extends from 300 to 800 nm with a step of
5 nm.5 nm.
La mesure du Platine a été effectuée sur l'échantillon OlOlPtδ, sur la partie non trempée dans le mélange reactionnel et sur laquelle aucun film organique n'a été déposé.The Platinum measurement was carried out on the OlOlPtδ sample, on the part not soaked in the reaction mixture and on which no organic film was deposited.
Les figures 5 ( (tanΨ) = f(λ(nm)), incidence 75°) et 6 ( (CosΔ) = f(λ(nm)), incidence 75°) sont des représentations graphiques des résultats obtenus à partir de ces mesures.Figures 5 ((tanΨ) = f (λ (nm)), incidence 75 °) and 6 ((CosΔ) = f (λ (nm)), incidence 75 °) are graphical representations of the results obtained from these measures.
Nous cherchons les valeurs d'indice et d'extinction de cette couche de Platine, son épaisseur supérieure au micron permet de l'assimiler, d'un point de vue ellipsométrique à un substrat. Nous procédons alors à une inversion des données de la mesure à 75° pour en tirer le n (indice) et le k (coefficient d'extinction). La figure 7 regroupe les résultats d'indice (I) et d'extinction (E) ainsi obtenus. Sur ce graphique, des valeurs données par le « Handbook of Optical Constants of Solids » édité par E.D. Palik ont également été représentées .We are looking for the index and extinction values of this Platinum layer, its thickness greater than a micron allows it to be assimilated, from an ellipsometric point of view, to a substrate. We then invert the measurement data at 75 ° to derive the n (index) and k (extinction coefficient). FIG. 7 groups together the index (I) and extinction (E) results thus obtained. In this graph, values given by the “Handbook of Optical Constants of Solids” edited by E.D. Palik have also been represented.
Pour les caractérisations des échantillons, nous prendrons comme valeurs de référence du Platine les résultats donnés par la mesure ellipsométrique. MESURES ELLIPSOMETRIQUES DES ECHANTILLONS.For the characterizations of the samples, we will take as reference values of the Platinum the results given by the ellipsometric measurement. ELLIPSOMETRIC MEASUREMENTS OF SAMPLES.
Les mesures sont effectuées sur la gamme spectrale 300-800 nm et à θ = 60°.The measurements are carried out on the spectral range 300-800 nm and at θ = 60 °.
Résultats ellipsométriques des échantillons sur substrat d'or.Ellipsometric results of samples on gold substrate.
Afin d'être plus précis au niveau des résultats, les échantillons AuMAN7 , MANAu24, Au2301 et Au2401 ont été mesurés pour des angles variables .In order to be more precise in terms of results, the AuMAN7, MANAu24, Au2301 and Au2401 samples were measured for variable angles.
Les mesures effectuées ont permis de construire les spectres représentés sur les figures 8a) et b) pour AuMAN7 ; sur les figures 9a) et b) pour AuMAN24 ; sur les figures 10a) et 10b) pour Au2401 ; et lia) et b) pour Au2301. Les figures a) correspondent aux mesures tan (Ψ) multiangles, et les figures b) aux mesures cos (Δ) multiangles.The measurements carried out made it possible to construct the spectra represented in FIGS. 8a) and b) for AuMAN7; in Figures 9a) and b) for AuMAN24; in Figures 10a) and 10b) for Au2401; and lia) and b) for Au2301. Figures a) correspond to tan (Ψ) multi-angle measurements, and Figures b) to cos (Δ) multi-angle measurements.
Résultats spectrophotométriques des échantillons sur substrat d'or.Spectrophotometric results of samples on gold substrate.
Les échantillons ont été mesurés au spectrophotomètre manuel « Lambda9m » (marque de commerce) afin de déterminer la Réflexion, laThe samples were measured using a manual "Lambda9m" spectrophotometer (trademark) to determine the Reflection, the
Transmission et les Pertes de chacun d'entre eux sur la gamme de longueur d'onde : 400-800 nm avec pour longueur d'onde de référence : 560 nm. Nous constatons que tous les échantillons sur Or ont les mêmes spectres et qu'à 560 nm : 72 , 5%<R<84 , 2% ;Transmission and Losses of each of them over the wavelength range: 400-800 nm with the reference wavelength: 560 nm. We note that all the samples on Gold have the same spectra and that at 560 nm: 72.5% <R <84.2%;
T≈O et 157%<P<27, 5%. Ces résultats sont regroupés dans le tableau 2 ci-dessous : Tableau 2 : Réflexion (R) , transmission (T) et pertes (P) à 560nm pour les échantillons sur orT≈O and 157% <P <27.5%. These results are collated in Table 2 below: Table 2: Reflection (R), transmission (T) and losses (P) at 560nm for the samples on gold
La figure 12 annexée est une représentation graphique des mesures de la réflexion (en%) effectuées sur ces échantillons à substrat d'or revêtus de différents films polymères organiques isolants électriques et transparents selon l'invention en fonction de la longueur d'onde (en nm) .FIG. 12 appended is a graphic representation of the reflection measurements (in%) carried out on these samples with a gold substrate coated with different electrically insulating and transparent organic polymer films according to the invention as a function of the wavelength (in nm).
Nous constatons que tous les échantillons sur or ont les mêmes spectres et qu'à 560 nm : 72,5% <R < 84,2% ; T≈O et 15,7% <P<27,5%. On constate en particulier, que ces films isolants ont peu de pertes sur une large gamme de longueurs d'onde. Cette observation deviendra plus nette encore en comparant aux résultats obtenus avec les films de PNPD conducteurs . Résultats ellipsométriques des échantillons sur substrat de platine.We note that all the samples on gold have the same spectra and that at 560 nm: 72.5% <R <84.2%; T≈O and 15.7% <P <27.5%. In particular, it can be seen that these insulating films have little loss over a wide range of wavelengths. This observation will become even clearer when compared to the results obtained with the conductive PNPD films. Ellipsometric results of samples on platinum substrate.
Les figures 13a) et 13b) représentent les spectres des mesures ellipsométriques effectuées entre 50 et 75° avec un pas de 5°, la gamme spectrale s' étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5 nm, sur les échantillons 0101Pt6, pour différents angles d'incidence en degrés : tan (Ψ) multiangles = f(λ(nm)) (fig.l3a)) et Cos (Δ) multiangles = f(λ(nm)) (fig.l3b)). Les figures 14a) et b) représentent les spectres des mesures ellipsométriques effectuées entre 50 et 75° avec un pas de 5°, la gamme spectrale s 'étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5 nm, sur les échantillons 0101Ptl4, pour différents angles d'incidence en degrés : tan (Ψ) multiangles = f(λ(nm)) (fig.l4a)) et Cos (Δ) multiangles = f(λ(nm)) (fig.l4b)).FIGS. 13a) and 13b) represent the spectra of the ellipsometric measurements carried out between 50 and 75 ° with a step of 5 °, the spectral range extending from 300 to 800 nm with a step of 5 nm, on the samples 0101Pt6, for different angles of incidence in degrees: tan (Ψ) multiangles = f (λ (nm)) (fig.l3a)) and Cos (Δ) multiangles = f (λ (nm)) (fig.l3b)). FIGS. 14a) and b) represent the spectra of the ellipsometric measurements carried out between 50 and 75 ° with a step of 5 °, the spectral range extending from 300 to 800 nm with a step of 5 nm, on the samples 0101Ptl4, for different angles of incidence in degrees: tan (Ψ) multiangles = f (λ (nm)) (fig.l4a)) and Cos (Δ) multiangles = f (λ (nm)) (fig.l4b)).
Résultats spectrophotométriques des échantillons sur substrat platine. Les échantillons ont été mesurés au spectrophotomètre manuel « Lambda9m » (marque de commerce) afin de déterminer la Réflexion, la Transmission et les Pertes de chacun d'entre eux sur la gamme de longueur d'onde : 400-800 nm avec pour longueur d'onde de référence : 560 nm.Spectrophotometric results of samples on platinum substrate. The samples were measured with a manual "Lambda9m" spectrophotometer (trademark) in order to determine the Reflection, Transmission and Losses of each of them over the wavelength range: 400-800 nm with the length d 'reference wave: 560 nm.
Nous constatons que les échantillons sur platine ont des spectres très différents. Les réflexion, transmission et pertes sont résumées dans le Tableau 3 ci-dessous. On observe que les pertes dans les films de PNPD, polymères conducteurs ont un poids beaucoup plus important que dans le cas des films isolants réalisés sur substrats d'or.We note that the samples on platinum have very different spectra. Reflections, transmission and losses are summarized in Table 3 below. It is observed that the losses in PNPD films, conductive polymers have a much greater weight than in the case of insulating films made on gold substrates.
Tableau 3 : Réflexion (R) , transmission (T) et pertes (P) à 560nm pour les échantillons sur platineTable 3: Reflection (R), transmission (T) and losses (P) at 560nm for samples on stage
La figure 15 représente la réflexion et la figure 16 représente les pertes des échantillons de platine revêtus d'un polymère conducteur 0101Pt6 et 0101Ptl4, sur la gamme 400 à 800 nm avec une longueur d'onde de référence de 560 nm.FIG. 15 represents the reflection and FIG. 16 represents the losses of the platinum samples coated with a conductive polymer 0101Pt6 and 0101Ptl4, over the range 400 to 800 nm with a reference wavelength of 560 nm.
CARACTERISATION DES ECHANTILLONS.CHARACTERIZATION OF SAMPLES.
Pour caractériser les échantillons (e, n et k) , nous avons procédé par régression des mesures ellipsométriques à l'aide du logiciel SporX (marque de commerce) avec une loi non dispersive, puis avec des oscillateurs de Lorentz. Des résultats cohérents ont été obtenus d'une part entre les deux modèles, et d'autre part avec les mesures spectrophotométriques.To characterize the samples (e, n and k), we proceeded by regression of the ellipsometric measurements using the SporX software (trademark) with a non-dispersive law, then with Lorentz oscillators. Consistent results were obtained on the one hand between the two models, and on the other hand with spectrophotometric measurements.
Le bilan de ces caractérisations est résumé dans le Tableau 4.The results of these characterizations are summarized in Table 4.
On mesure des coefficients d'extinction très bas pour les films vinyliques isolants (k < 0,02), alors que les films de PNPD conducteurs donnent des extinctions au moins 10 fois plus élevées. A titre de comparaison, les films de polypyrrole d'épaisseur voisine de celles des échantillons mesurés (20 nm) ont un coefficient d'extinction de 0,3 à 0,5, mesuré dans les mêmes conditions.Very low extinction coefficients are measured for vinyl insulating films (k <0.02), whereas conductive PNPD films give extinctions at least 10 times higher. By way of comparison, the polypyrrole films with a thickness close to that of the samples measured (20 nm) have an extinction coefficient of 0.3 to 0.5, measured under the same conditions.
Tableau 4 : Caractéristiques optiques des échantillonsTable 4: Optical characteristics of the samples
On cherche maintenant à caractériser le signal qui serait émis par un fluorophore adsorbë sur la surface du film.We are now trying to characterize the signal which would be emitted by a fluorophore adsorbed on the surface of the film.
On présente tout d'abord le bénéfice attendu du fait des faibles extinctions, puis on montre, sur un test simple, que le rendu de fluorescence est effectivement meilleur sur les films de PMAN sur or que sur un film de polypyrrole de même épaisseur.We first present the expected benefit due to the low extinctions, then we show, on a simple test, that the fluorescence rendering is actually better on PMAN films on gold than on a polypyrrole film of the same thickness.
On modélise le fluorophore comme étant un dipôle électrique, tel que représenté sur la figure 17, c'est à dire la plus petite source envisageable dans le cadre de la théorie électromagnétique. Cette démarche ne nuit en rien à l'application générale de la question traitée, puisqu'on peut calculer la fonction de Green du problème et recomposer toute source électromagnétique plus complexe comme superposition de dipôles de base. On suppose, de plus, que les champs électromagnétiques ne seront pas quantifiés. La comparaison de modèles théoriques pour modéliser la fluorescence et la luminescence dans des cavités laser, ont montré des résultats quasi-similaires que le point de vue soit classique ou quantique.The fluorophore is modeled as being an electric dipole, as shown in FIG. 17, that is to say the smallest possible source in the context of electromagnetic theory. This approach does not harm the general application of the question, since we can calculate the Green's function of the problem and recompose any more complex electromagnetic source as superposition of basic dipoles. It is further assumed that the electromagnetic fields will not be quantified. The comparison of theoretical models to model fluorescence and luminescence in laser cavities, showed almost similar results whether the point of view is classical or quantum.
Sur la base des résultats du Tableau 4, on simule les cas suivants: cas 1 : n = l,5/k=0,02 ; cas 2 : n = 1,5/k = 0,003 ; cas 3 : n = 1,5/k = 0, (valeur extrême) ; le dernier cas modélise un film organique conducteur typique, comme par exemple les films obtenus à partir de sels de diazonium (échantillons 0101Pt6 et 0101Ptl4) : cas 4 : n = 1,5/k = 0,4.On the basis of the results of Table 4, the following cases are simulated: case 1: n = 1.5 / k = 0.02; case 2: n = 1.5 / k = 0.003; case 3: n = 1.5 / k = 0, (extreme value); the last case models a typical conductive organic film, such as for example the films obtained from diazonium salts (samples 0101Pt6 and 0101Ptl4): case 4: n = 1.5 / k = 0.4.
Le fluorophore utilisé est la phycoérithrine, absorption = 543 nm et émission = 580 nm, son altitude par rapport à la surface est de 10 nm. Le fluorophore baigne dans un environnement liquide.The fluorophore used is phycoerithrin, absorption = 543 nm and emission = 580 nm, its altitude relative to the surface is 10 nm. The fluorophore is bathed in a liquid environment.
On prend en compte deux orientations différentes pour les dipôles : l'une parallèle et l'autre perpendiculaire à la surface. On fait varier l'épaisseur du polymère et on calcule le signal émis dans le milieu ambiant du fluorophore (cas d'un microscope d'analyse de fluorescence très ouvert).Two different orientations are taken into account for the dipoles: one parallel and the other perpendicular to the surface. The thickness of the polymer is varied and the signal emitted in the ambient environment of the fluorophore is calculated (case of a very open fluorescence analysis microscope).
La figure 17 est un schéma de modélisation dipolaire d'un fluorophore en surface : il représente un dipôle de moment dipolaire m placé au-dessus d'une surface x. Trois milieux sont distingués, l'environnement du dipôle, la zone 1, ici le superstrat ; un empilement de couche (s) mince (s), la zone 2 ; et le substrat, la zone 3. nι,8ι; n22 et n33 sont respectivement l'indice et la permittivité diélectrique des zones 1, 2 et 3 ; d représente la distance du dipôle à la surface du polymère et t représente l'épaisseur du polymère.Figure 17 is a dipolar modeling diagram of a surface fluorophore: it represents a dipole of dipole moment m placed above a surface x. Three environments are distinguished, the environment of the dipole, zone 1, here the superstrate; a stack of thin layer (s), zone 2; and the substrate, zone 3. nι, 8ι; n 2 , ε 2 and n 3 , ε 3 are respectively the index and the dielectric permittivity of zones 1, 2 and 3; d represents the distance from the dipole to the surface of the polymer and t represents the thickness of the polymer.
Les figures 18a) et 18b) représentent des modélisations (signal (ua) =f (épaisseur du polymère (en nm) ) du signal de fluorescence d'un dipôle fluorophore placé en surface d'un film organique selon deux orientations, parallèle (figure 18a)) et perpendiculaire (figure 18b)) à la surface. Sur ces figures, cas 1 : n = 1,5 et k ≈ 0,02 ; cas 2 : n = 1,5 et k = 0,003 ; cas 3 : n = 1,5 et k = 0,0 (valeur extrême) ; le cas 4 modëlise un film organique conducteur typique, comme par exemple les films obtenus à partir de sels de diazonium (échantillons 0101Pt6 et 0101Ptl4) : n = 1,5 et k = 0,4.Figures 18a) and 18b) represent modeling (signal (ua) = f (polymer thickness (in nm)) of the fluorescence signal of a fluorophore dipole placed on the surface of an organic film in two orientations, parallel (figure 18a)) and perpendicular (figure 18b)) to the surface. In these figures, case 1: n = 1.5 and k ≈ 0.02; case 2: n = 1.5 and k = 0.003; case 3: n = 1.5 and k = 0.0 (extreme value); case 4 models a typical conductive organic film, such as for example the films obtained from diazonium salts (samples 0101Pt6 and 0101Ptl4): n = 1.5 and k = 0.4.
Au vu des résultats représentés sur les Figures 18a) et 18b) annexées, on observe un gain d'environ 25 sur le signal avec la présente invention utilisant un film « MAN » avec une orientation parallèle de fluorophores, le cas le plus probable à cause du phénomène de photo-sélection, et de 100 environ pour une orientation perpendiculaire.In view of the results shown in Figures 18a) and 18b) attached, there is a gain of about 25 on the signal with the present invention using a film "MAN" with a parallel orientation of fluorophores, the most likely case because of the photo-selection phenomenon, and about 100 for a perpendicular orientation.
Les prévisions de ce modèle sont maintenant testées de façon simple en examinant le signal de fluorescence d'une goutte de marqueur fluorescent sur un film de PMAN (échantillon AuMANll) déposé sur un substrat d'or et en le comparant au même signal sur un film de polypyrrole de même épaisseur déposé sur un substrat d'or. Le fluorophore employé est le Cy3dctp (marque de commerce) (Amersham) à 1 μM. Le volume des gouttes est de 0,5 μl .The predictions of this model are now tested in a simple way by examining the fluorescence signal of a drop of fluorescent marker on a PMAN film (AuMANll sample) deposited on a gold substrate and comparing it to the same signal on a polypyrrole film of the same thickness deposited on a gold substrate. The fluorophore used is Cy 3 dctp (trademark) (Amersham) at 1 μM. The volume of the drops is 0.5 μl.
Les figures 19a) et 19b) sont des représentations schématiques des substrats d'or revêtus d'une part d'un film de polypyrrole (figure 19a)), et d'autre part d'un film polymère organique isolant (ManAull) (figure 19b) ) conformément à la présente invention.Figures 19a) and 19b) are schematic representations of gold substrates coated on the one hand with a polypyrrole film (figure 19a)), and on the other hand with an insulating organic polymer film (ManAull) (figure 19b)) in accordance with the present invention.
Les figures 20a) , b) et c) sont les clichés (objectif x50 - temps de pose : 200ms) de la fluorescence sur la zone d'or (figure 20a)), sur le film de polypyrrole (figure 20b) ) et sur le film de polyméthacrylonitrile (MAN) obtenus dans cet exemple.Figures 20a), b) and c) are the pictures (objective x50 - exposure time: 200ms) of the fluorescence on the gold zone (figure 20a)), on the polypyrrole film (figure 20b)) and on the polymethacrylonitrile (MAN) film obtained in this example.
Les points fortement lumineux sur les trois photographies sont soit des agglomérats de fluorophores, soit des poussières fluorescentes. Ces points ne correspondent pas à des fluorophores proches de la surface, c'est à dire quelques nm, ce qui est le cas des biopuces par exemple, mais à des boules de quelques dizaines à quelques centaines de nm. Ça n'est donc pas sur ces points lumineux que la comparaison doit s'effectuer, mais sur le « fond continu » qui entoure ces points.The bright spots on the three photographs are either agglomerates of fluorophores or fluorescent dust. These points do not correspond to fluorophores close to the surface, that is to say a few nm, which is the case for biochips for example, but to balls of a few tens to a few hundred nm. It is therefore not on these luminous points that the comparison must be made, but on the "continuous background" which surrounds these points.
On observe qu'avec des temps de pose identiques, des récepteurs photographiques de même sensibilité, les mêmes grossissements réalisés avec la même optique, et alors même que la concentration en marqueur est rès faible (lμm) , les fluorophores qui sont en contact « direct » avec la surface ne sont pas « éteints » dans le cas de 1 ' échantillons AuMANll (cliché c) ) , alors qu'ils le sont sur les zones d'or (cliché a)) et sur la zone du revêtement organique conducteur (cliché b) ) . On observe donc ici directement les propriétés de transparence supérieures des films de PMAN isolants sur les films conducteurs, telles qu'illustrées sur ces figures 20.It is observed that with identical exposure times, photographic receptors of the same sensitivity, the same magnifications carried out with the same optics, and even when the marker concentration is very low (lμm), the fluorophores which are in "direct" contact "With the surface are not" turned off "in the case of the AuMANll samples (photo c)), while they are on the gold zones (photo a)) and on the area of the conductive organic coating (photo b)). Here, therefore, the superior transparency properties of the insulating PMAN films on the conductive films are directly observed here, as illustrated in these figures 20.
Exemple 3 : Obtention d'un dépôt de film de polyméthacrylonitrile par électro-initiation en présence de sels de diazoniumEXAMPLE 3 Obtaining a Deposition of Polymethacrylonitrile Film by Electro-initiation in the Presence of Diazonium Salts
On réalise, sur les mêmes surfaces d'or que celles de l'exemple n°l, un dépôt de films de polyméthacrylonitrile par électro-initiation à partir de sels de diazonium. Ces films sont obtenus par électro-réduction d'une solution à 2,5 M de méthacrylonitrile dans l' acêtonitrile anhydre en présence de 5xl0"2 M de perchlorate de tétra- éthylammonium (TEAP) comme électrolyte support et de 10"3 M de têtrafluoroborate de 4-nitrophényl diazonium. L' électro-réduction a lieu en conditions voltammétriques entre +0,3 et -1,5 V/ (Ag+/Ag) à 100 mV/s, en compartiments non séparés, avec une contre-électrode de platine de grande surface. Le nombre de balayages est ajusté de façon à obtenir des films d'une épaisseur de l'ordre de 100 nm.Is carried out, on the same gold surfaces as those of Example No. 1, a deposition of polymethacrylonitrile films by electro-initiation from diazonium salts. These films are obtained by electro-reduction of a 2.5 M solution of methacrylonitrile in anhydrous acetonitrile in the presence of 5 × 10 −2 M of tetraethylammonium perchlorate (TEAP) as support electrolyte and of 10 −3 M of 4-nitrophenyl diazonium tetrafluoroborate. Electro-reduction takes place in voltammetric conditions between +0.3 and -1.5 V / (Ag + / Ag) at 100 mV / s, in non-separated compartments, with a large surface platinum counter electrode. The number of scans is adjusted so as to obtain films with a thickness of the order of 100 nm.
Les mesures optiques révèlent un coefficient k<0,02, comme observé avec les films de polyméthacrylonitrile obtenus par électro-greffage direct (cf tableau 4) . Exemple 4 : Procédure de contrôle de reproductibilitéThe optical measurements reveal a coefficient k <0.02, as observed with the polymethacrylonitrile films obtained by direct electro-grafting (see Table 4). Example 4: Reproducibility control procedure
Sur des lames d'or toutes identiques, on fabrique des films de polyméthacrylonitrile d'épaisseur variable truffés avec de la phycoérithrine . Pour cela, on polarise les lames d'or en conditions voltammetriques entre +0,3 et -1,0 V/ (Ag+/Ag) à 100 mV/s, en compartiments non séparés, avec une contre-électrode de platine de grande surface, dans une solution contenant du méthacrylonitrile à 2,5 M dans l' acêtonitrile anhydre, 5xl0"2 M de perchlorate de tétra-éthylammoniumPolymethacrylonitrile films of variable thickness truffled with phycoerithrin are made on identical gold slides. For this, the gold plates are polarized in voltammetric conditions between +0.3 and -1.0 V / (Ag + / Ag) at 100 mV / s, in non-separated compartments, with a platinum counter electrode of large area, in a solution containing 2.5 M methacrylonitrile in anhydrous acetonitrile, 5 × 10 −2 M of tetraethylammonium perchlorate
(TEAP) comme électrolyte support, et de 10"3 M de tétrafluoroborate de 4-nitrophényl diazonium et 1 μM de phycoérithrine. L'épaisseur des films obtenus, mesurée par ellipsométrie, est de 50±5 nm, soit une précision de 10%.(TEAP) as support electrolyte, and 10 " 3M of 4-nitrophenyl diazonium tetrafluoroborate and 1 μM of phycoerithrin. The thickness of the films obtained, measured by ellipsometry, is 50 ± 5 nm, ie an accuracy of 10% .
On irradie ensuite chaque lame à 543 nm, et on mesure l'intensité de fluorescence résultante à 580 nm. On mesure des intensités de fluorescence identiques sur toutes les lames, avec une dispersion des mesures inférieure à 15%.Each slide is then irradiated at 543 nm, and the resulting fluorescence intensity is measured at 580 nm. Identical fluorescence intensities are measured on all the slides, with a dispersion of the measurements less than 15%.
Exemple 5 : Procédure de contrôle qualitéExample 5: Quality control procedure
On réalise le dépôt de films de PMANPMAN films are deposited
(polyméthacrylonitrile) d'épaisseur croissante selon la procédure de l'exemple 4 sur des lames d'or de 1 cm2.(polymethacrylonitrile) of increasing thickness according to the procedure of Example 4 on gold slides of 1 cm 2 .
Les différentes épaisseurs, comprises entre 5 et 150 nm sont obtenues en faisant varier le nombre de balayages voltammetriques .The different thicknesses, between 5 and 150 nm are obtained by varying the number of voltammetric scans.
La mesure de fluorescence des revêtements obtenus permet de tracer une courbe de calibration donnant l'épaisseur en fonction de l'intensité/cm2. On réalise ensuite un dépôt de PMAN de 84 nm (mesure par ellipsométrie) sur une surface d'or de 5 cm2. La mesure de fluorescence indique, à partir de la courbe de calibration, une épaisseur de 75 nm, ce qui permet de valider un contrôle correct sans l'aide d'une mesure directe de l'épaisseur. The fluorescence measurement of the coatings obtained makes it possible to draw a calibration curve giving the thickness as a function of the intensity / cm 2 . A 84 nm PMAN deposition is then carried out (measurement by ellipsometry) on a gold surface of 5 cm 2 . The fluorescence measurement indicates, from the calibration curve, a thickness of 75 nm, which makes it possible to validate a correct control without the aid of a direct measurement of the thickness.
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[2] Kim et al., Journal of the Electrochemical Society, 138(11), 1991 : "Real Time Spectroscopie Ellipsometry : In Situ Characterization of Pyrrole Electropolymerization" [3] Kim et al., Bulletin of the Korean Chemical Society, 17 (8) , 1996 : "Polypyrrole Film Studied by Three-Parameter Ellipsometry" .[2] Kim et al., Journal of the Electrochemical Society, 138 (11), 1991: "Real Time Spectroscopie Ellipsometry: In Situ Characterization of Pyrrole Electropolymerization" [3] Kim et al., Bulletin of the Korean Chemical Society, 17 (8), 1996: "Polypyrrole Film Studied by Three-Parameter Ellipsometry".
[4] Guedon et al., Analytical Chemistry, 22, 6003-6009, 2000 : "Characterization and Optimization of a Real-Time, Parallel, Label-Free, Polypyrrole-Based DNA Sensor by Surface Plasmon Résonance Imaging" . [4] Guedon et al., Analytical Chemistry, 22, 6003-6009, 2000: "Characterization and Optimization of a Real-Time, Parallel, Label-Free, Polypyrrole-Based DNA Sensor by Surface Plasmon Resonance Imaging".

Claims

REVENDICATIONS
1. Substrat revêtu d'un film caractérisé en ce que le film est un polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes, et en ce que ledit film est associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes.1. Substrate coated with a film characterized in that the film is an organic electrically insulating and transparent polymer in at least one range of wavelengths, and in that said film is associated with a marker emitting at least in said range wavelengths.
2. Substrat revêtu d'un film selon la revendication 1, dans lequel le film comprend un polymère isolant choisi parmi les polymères vinyliques.2. A substrate coated with a film according to claim 1, in which the film comprises an insulating polymer chosen from vinyl polymers.
3. Substrat revêtu d'un film selon la revendication 1, dans lequel le film comprend un polymère isolant choisi parmi les polymères réticulés ou non réticulés de l' acrylonitrile, du méthacrylonitrile, du méthyl méthacrylate, de l'éthyl méthacrylate, du propyl méthacrylate, du butyl méthacrylate, de 1 ' hydroxyéthyl méthacrylate, de 1 ' hydroxypropyl méthacrylate, du cyano acrylate, de l'acide acrylique, de l'acide méthacrylique, du styrène, du parachloro styrène, de la N-vinyl pyrrolidone, et des halogénures de vinyle .3. A substrate coated with a film according to claim 1, in which the film comprises an insulating polymer chosen from crosslinked or non-crosslinked polymers of acrylonitrile, methacrylonitrile, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate. , butyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate, cyano acrylate, acrylic acid, methacrylic acid, styrene, parachloro styrene, N-vinyl pyrrolidone, and halides vinyl.
4. Substrat revêtu d'un film selon la revendication 1, dans lequel le film comprend un polymère isolant réticulé ou non réticulé choisi parmi les polyacrylamides, les polymères de l'isoprène, de l'éthylène, du propylène, de l'oxyde d'éthylène et des molécules à cycles tendus, de l'acide lactique ou de ses oligomères, des lactones, de l'ε-caprolactone, de l'acide glycolique, de l'acide aspartique, les polyamides, les polyuréthanes, le parylène et les polymères à base parylène substitué, les oligopeptides et les protéines, ainsi que les pré-polymères, macromères ou téléchéliques basés sur ces polymères, ainsi que les co-polymères et/ou mélanges pouvant être formés à partir de ces polymères.4. A substrate coated with a film according to claim 1, in which the film comprises a crosslinked or non-crosslinked insulating polymer chosen from polyacrylamides, polymers of isoprene, ethylene, propylene, oxide of ethylene and tight cycle molecules, lactic acid or its oligomers, lactones, ε-caprolactone, glycolic acid, aspartic acid, polyamides, polyurethanes, parylene and polymers based on substituted parylene, oligopeptides and proteins, as well as pre-polymers, macromers or telechelics based on these polymers, as well as the co-polymers and / or mixtures which can be formed from these polymers.
5. Substrat revêtu d'un film selon la revendication 1, dans lequel le film est un polymère vinylique obtenu par polymérisation d'un monomère de formule (I) suivante :5. A substrate coated with a film according to claim 1, in which the film is a vinyl polymer obtained by polymerization of a monomer of formula (I) below:
(I) dans laquelle Rx, R2, R3 et R4 sont indépendamment des atomes d'hydrogène ou des groupements organiques tels que les hydrocarbures choisis parmi les alcanes, alcènes, alcynes ; les amides, aldéhydes, cêtones, acides carboxyliques, esters, halogénures d'acide, anhydrides, nitriles, aminés, thiols, phosphates, les éthers, les aromatiques homo- ou hétéro-cyclique ou tout groupement cyclique comportant ces fonctions, ainsi que tout groupement portant plusieurs de ces fonctions, ou d'un mélange de différents monomères répondant à ladite formule (I) . (I) in which R x , R 2 , R 3 and R 4 are independently hydrogen atoms or organic groups such as the hydrocarbons chosen from alkanes, alkenes, alkynes; amides, aldehydes, ketones, carboxylic acids, esters, acid halides, anhydrides, nitriles, amines, thiols, phosphates, ethers, homo- or hetero-cyclic aromatics or any cyclic group comprising these functions, as well as any group carrying several of these functions, or of a mixture of different monomers corresponding to said formula (I).
6. Substrat revêtu d'un film selon la revendication 1, dans lequel le film est du polyméthacrylonitrile ou du polyméthylméthacrylate .6. A film-coated substrate according to claim 1, wherein the film is polymethacrylonitrile or polymethylmethacrylate.
7. Substrat revêtu d'un film selon la revendication 1, dans lequel le marqueur est choisi parmi un marqueur fluorescent, un marqueur phosphorescent ou un marqueur chimiluminescent.7. The substrate coated with a film according to claim 1, in which the marker is chosen from a fluorescent marker, a phosphorescent marker or a chemiluminescent marker.
8. Utilisation d'un film de polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes dans un procédé de détection d'une espèce chimique.8. Use of an electrically insulating and transparent organic polymer film in at least one wavelength range associated with a marker emitting at least in said wavelength range in a method for detecting a chemical species.
9. Utilisation selon la revendication 8, dans laquelle le film de polymère organique isolant est fonctionnalisé avec des molécules de reconnaissance de l'espèce chimique.9. Use according to claim 8, in which the insulating organic polymer film is functionalized with molecules for recognition of the chemical species.
10. Utilisation selon la revendication 8, dans laquelle l'espèce chimique est de l'ADN.10. Use according to claim 8, wherein the chemical species is DNA.
11. Utilisation d'un film de polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes dans un moyen de détection d'une espèce chimique. 11. Use of an electrically insulating and transparent organic polymer film in at least one range of wavelengths associated with a marker emitting at least in said range of wavelengths in a means for detecting a chemical species.
12. Utilisation selon la revendication 11, dans laquelle le moyen de détection est une biopuce.12. Use according to claim 11, in which the detection means is a biochip.
13. Utilisation d'un film de polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes associé à un marqueur émettant dans ladite gamme de longueurs d'ondes dans un procédé choisi parmi un procédé de contrôle qualité, un procédé de certification ou un procédé d' authentification d'un objet.13. Use of an electrically insulating and transparent organic polymer film in at least one wavelength range associated with a marker emitting in said wavelength range in a process chosen from a quality control process, a process certification or an object authentication process.
14. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, dans laquelle le film est un polymère vinylique obtenu par polymérisation d'un monomère de formule (I) suivante :14. Use according to any one of claims 8 to 13, in which the film is a vinyl polymer obtained by polymerization of a monomer of formula (I) below:
(I) dans laquelle Ri, R2, R3 et R4 sont indépendamment des atomes d'hydrogène ou des groupements organiques tels que les hydrocarbures choisis parmi les alcanes, alcènes, alcynes ; les amides, aldéhydes, cétones, acides carboxyliques, esters, nitriles, aminés, thiols, phosphates, les éthers, les aromatiques homo- ou hétéro-cyclique ou tout groupement cyclique comportant ces fonctions, ainsi que tout groupement portant plusieurs de ces fonctions, ou d'un mélange de différents monomères répondant à ladite formule (I) .(I) in which Ri, R 2 , R 3 and R 4 are independently hydrogen atoms or organic groups such as the hydrocarbons chosen from alkanes, alkenes, alkynes; amides, aldehydes, ketones, carboxylic acids, esters, nitriles, amines, thiols, phosphates, ethers, homo- or hetero-cyclic aromatics or any cyclic group comprising these functions, as well as any group carrying several of these functions, or of a mixture of different monomers corresponding to said formula (I).
15. Utilisation selon la revendication 14, dans laquelle le film est du polyméthacrylonitrile ou du polyméthylméthacrylate .15. Use according to claim 14, in which the film is polymethacrylonitrile or polymethylmethacrylate.
16. Utilisation selon la revendication 14, dans laquelle le marqueur est choisi parmi un marqueur fluorescent, un marqueur phosphorescent ou un marqueur chimiluminescent . 16. Use according to claim 14, in which the marker is chosen from a fluorescent marker, a phosphorescent marker or a chemiluminescent marker.
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