EP2680982A1 - Fonctionnalisation en surface d'un substrat en milieu liquide ionique - Google Patents

Fonctionnalisation en surface d'un substrat en milieu liquide ionique

Info

Publication number
EP2680982A1
EP2680982A1 EP12708967.0A EP12708967A EP2680982A1 EP 2680982 A1 EP2680982 A1 EP 2680982A1 EP 12708967 A EP12708967 A EP 12708967A EP 2680982 A1 EP2680982 A1 EP 2680982A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ionic liquid
reactive
substrate
molecule
function
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.)
Withdrawn
Application number
EP12708967.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gilles Marchand
Antoine Hoang
Olivier ZAOUAK
Carole SAUER
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
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives 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, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP2680982A1 publication Critical patent/EP2680982A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/281—Sorbents specially adapted for preparative, analytical or investigative chromatography
    • B01J20/286—Phases chemically bonded to a substrate, e.g. to silica or to polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3202—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the carrier, support or substrate used for impregnation or coating
    • B01J20/3204—Inorganic carriers, supports or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3202—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the carrier, support or substrate used for impregnation or coating
    • B01J20/3206—Organic carriers, supports or substrates
    • B01J20/3208—Polymeric carriers, supports or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3214—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the method for obtaining this coating or impregnating
    • B01J20/3217—Resulting in a chemical bond between the coating or impregnating layer and the carrier, support or substrate, e.g. a covalent bond
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3242—Layers with a functional group, e.g. an affinity material, a ligand, a reactant or a complexing group
    • B01J20/3244—Non-macromolecular compounds
    • B01J20/3246—Non-macromolecular compounds having a well defined chemical structure
    • B01J20/3248—Non-macromolecular compounds having a well defined chemical structure the functional group or the linking, spacer or anchoring group as a whole comprising at least one type of heteroatom selected from a nitrogen, oxygen or sulfur, these atoms not being part of the carrier as such
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3242—Layers with a functional group, e.g. an affinity material, a ligand, a reactant or a complexing group
    • B01J20/3244—Non-macromolecular compounds
    • B01J20/3246—Non-macromolecular compounds having a well defined chemical structure
    • B01J20/3257—Non-macromolecular compounds having a well defined chemical structure the functional group or the linking, spacer or anchoring group as a whole comprising at least one of the heteroatoms nitrogen, oxygen or sulfur together with at least one silicon atom, these atoms not being part of the carrier as such
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/18—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping
    • B05D1/185—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping applying monomolecular layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2201/00—Polymeric substrate or laminate
    • B05D2201/02—Polymeric substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2202/00—Metallic substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2203/00—Other substrates
    • B05D2203/30—Other inorganic substrates, e.g. ceramics, silicon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2350/00—Pretreatment of the substrate
    • B05D2350/10—Phosphatation

Definitions

  • the present invention relates to a method of functionalizing a surface of a substrate, in particular a substrate of silicon oxide or metal oxide.
  • Surface functionalization of a substrate or material is particularly advantageous for making the surface thus treated conducive to a given application, such as for example to form a stationary phase of a suitable nature in a chromatography technique, or a support substrate.
  • suitable for grafting biological elements such as nucleic acids, proteins, etc.
  • the functionalization of a substrate of the silicon oxide or metal oxide type is carried out via a silanization reaction [1] or via a phosphatation reaction involving a phosphonic acid, a dialkylester of phosphonic acid or a salt of phosphonic acid [2].
  • the functionalization methods usually used do not allow localized functionalization of the treated inorganic surfaces, in other words a control of the location of the molecules only in specific areas of the surface of said substrate.
  • Localization techniques well known to those skilled in the art, such as photochemistry or electrochemistry, do not generally allow, except in certain particular cases where the thickness of the oxide layer is very thin, direct functionalization of the substrates. oxidized; they only make it possible to locally modify a previously grafted function by conventional functionalization techniques such as silanization or phosphatation in toluene.
  • the present invention aims precisely to meet these needs.
  • the present invention relates, according to a first aspect, to a method useful for the surface functionalization of a substrate, comprising at least the steps consisting in:
  • said contacting being performed under conditions conducive to the establishment of a covalent bond between said reactive function of said molecule and a hydroxyl function of said surface.
  • the present invention relates to a method useful for the surface functionalization of a substrate, comprising at least the steps of:
  • the functionalization consists more particularly of a covalent grafting on the surface of said substrate of one or more so-called reactive molecules.
  • reactive molecule means a molecule carrying at least one reactive function capable of interacting with at least one hydroxyl function of the surface to be functionalized, in order to form a covalent bond.
  • ionic liquid matrix also refers to a medium comprising one or more ionic liquids, functionalized or not, and in particular consisting exclusively of one or more ionic liquids, and being inert. chemically.
  • An "ionic liquid” generally means a salt or a mixture of salts having a melting point of less than 100 ° C [3]. It consists of an organic or inorganic cation and an inorganic anion. It is known that the physical and chemical properties, especially in terms of melting temperature, solubility in a given solvent, density, viscosity, surface tension, electrical conductivity, depend both on the nature of the cation and of the anion constituting the ionic liquid. Particularly preferred ionic liquids for their use in the process of the invention are described more specifically below.
  • Ionic liquids have already been implemented in multiple applications.
  • the relatively low melting temperature of ionic liquids allows their use as solvents for many syntheses [4], unlike molten salts, such as sodium chloride whose melting temperature reaches 801 ° C.
  • molten salts such as sodium chloride whose melting temperature reaches 801 ° C.
  • RTIL Room Temperature Ionic Liquid
  • Ionic liquids also have the advantage of being able to dissolve a wide range of compounds, such as low molecular weight organic compounds, enzymes and polymers [5].
  • Ionic liquids have also found many applications in the field of extraction [6] or electrochemistry [7].
  • TSILs task-specific Ionic Liquids
  • ionic liquids carrying one or more chemical functions conferring on them specific properties are proposed for various applications, for example in the field of extraction, catalysis, organic or asymmetric synthesis. , etc.
  • ionic liquids to achieve the functionalization of vitreous carbon electrodes with diazonium salts by using ionic liquids as solvent under mild conditions, to form organic layers covalently attached to the surface by means of DC links [8].
  • Other authors have functionalized carbon substrates either by thermal decomposition or by electrochemical reduction of TSILs bearing diazonium functions [9] in conventional solvents.
  • Still others have immobilized TSILs ionic liquids on silicon oxide surfaces by electrostatic interaction with surface silanols or via silane functions carried by these ionic liquids [10].
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • ionic liquids as a solvent deposited in a droplet state [11].
  • the authors introduce, into a drop of ionic liquid mixed with dimethylformamide, a polymerization catalyst. This drop, used as a microreactor, is then deposited on silicon oxide that has been functionalized beforehand by silanization in toluene, with a silane compound used as an initiator. Then, drops of MMA monomer (methylmethacrylate) are introduced into the drop and the polymerization begins. At the end of the reaction, a PMMA polymer deposited locally, and not covalently bonded to the surface, is obtained.
  • the process of the invention is advantageous in several ways. First, it meets the general definition of so-called "green” processes, by implementing a non-toxic environment.
  • the low volatile nature of the ionic liquids makes them suitable for use in low volume quantities, especially in the form of drops.
  • the method of the invention is suitable, according to a particular variant, for obtaining a localized functionalization of the surface, in other words a functionalization limited to one or more specific and determined zones of said surface, via more particularly the deposit of the ionic matrix in the form of drops. It is also possible to achieve easily by the method of the invention different functionalizations by different reactive molecules on the same surface of a given substrate.
  • ionic liquids are easily recyclable, and in particular easily separable, due to their low volatility, possible organic compounds.
  • ionic liquids may have good properties in terms of conductivity and thermal stability.
  • the thermal stability of the ionic liquids opens the possibility of assisting the functionalization reaction of step (2) of the process of the invention, thermally, photochemically, electrochemically or biochemically, in particular by exposing said surface at a temperature greater than or equal to 20 ° C, in particular using microwaves.
  • the reactive molecule may further comprise at least one additional reaction unit, which is non-reactive with respect to the hydroxyl functions of said surface and non-reactive with respect to said ionic liquid matrix.
  • reaction pattern is more particularly chosen with regard to the application envisaged for the functionalized surface obtained at the end of the process of the invention, for example for the purpose of trapping specific entities precisely characterized by the fact that they are reactive with respect to this annexed reaction unit.
  • Reactive molecules that can be used in the process of the invention are more particularly described below.
  • substrate refers to any solid base structure having at least one surface having one or more hydroxyl function (s).
  • the surface is an inorganic surface, in particular of silicon oxide or metal oxide.
  • It may be more particularly a surface of silicon oxide or silicon nitride, previously oxidized according to the techniques known to those skilled in the art, glass, metal oxide such as in particular indium tin oxide , iridium oxide, titanium oxide, hafnium oxide, iron oxide, copper oxide, silver oxide or gallium oxide.
  • the substrate having such a surface may itself be an inorganic substrate, in particular a metal oxide or silicon oxide substrate.
  • the surface may be an organic surface, of organic polymer type such as polydimethylsiloxane (PDMS), a plastic material, etc.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the substrate having such an organic surface may itself be an organic substrate.
  • the substrate may be of any kind that may be envisaged, provided that it has at least one surface comprising functions hydroxyls.
  • the substrate may be coated on at least one of its faces with at least one inorganic layer, in particular silicon oxide or metal oxide.
  • the substrate may have any shape possible with regard to the intended application. It may be, for example, in the form of semiconductor balls, wafer, wafer, etc., and intended for various uses, for example constituting the wall of separation microsystems (FIG. still called "lab on chip"), beads from a chromatography column, a microcomponent, etc.
  • separation microsystems FIG. still called "lab on chip”
  • the hydroxyl functions may be natively present on said surface, or generated prior to step (1) by one or more steps of treating the surface of said substrate.
  • the hydroxyl functions can be generated on a surface of silicon oxide, by rehydration of said surface according to techniques known to those skilled in the art, for example by immersion in an aqueous-alcoholic solution of sodium hydroxide, by immersion in a solution of H 2 0 2 and H 2 S0 4 or alternatively via an oxygen plasma.
  • an "ionic liquid matrix” comprises a mixture of one or more ionic liquids, chemically inert, that is to say non-reactive with the surface of the substrate and non-reactive with the reactive molecules. implemented according to the invention.
  • the ionic liquid matrix may comprise, in addition to the ionic liquid or liquids, one or more additional solvents, such as hydrophobic solvents such as, for example, CH 3 CN, CH 2 C1 2 or hydrophilic solvents, for example ethanol.
  • additional solvents such as hydrophobic solvents such as, for example, CH 3 CN, CH 2 C1 2 or hydrophilic solvents, for example ethanol.
  • ionic liquids are salts or mixtures of salts having a melting point of less than 100 ° C.
  • the ionic liquid (s) used in the process of the invention are liquid at ambient temperature; that is, they have a melting temperature below 25 ° C.
  • the ionic liquid matrix used is totally inert both with respect to the surface of said substrate to be functionalized, and vis-à-vis the reactive molecule (s) put (s) in artwork.
  • inert still indifferently said “non-reactive” means that the ionic liquid matrix does not react or does not interact or induces any reaction with the surface to be functionalized and the reactive molecules used.
  • Ionic liquids are composed of an organic or inorganic cation and an inorganic anion.
  • the ionic liquid matrix used in the process of the invention comprises one or more ionic liquid (s) whose cation is chosen from imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium, ammonium, phosphonium cations. and sulfonium.
  • the ionic liquid or liquids used according to the invention have a cation chosen from imidazolium, pyrrolidinium and ammonium cations, preferably an imidazolium cation and more preferably a 1-ethyl-3-methyl imidazolium cation.
  • the ionic liquid used in the method of the invention may have an anion selected from anions BF 4 ⁇ , 7 ⁇ A1 2 C1, AI3CI10 ", Au 2 Cl 7, Fe 2 Cl 7 ⁇ , A1CL” , FeCl 4 ", SbF 6", ZnCl 3 ⁇ , N0 3, PF 6 ", N (CF 3 S0 2) 2 ⁇ , CF 3 C0 2", CH 3 S0 3 ", RC0 2, RS0 3 ⁇ , Cl “ , Br “ , CF 3 S0 3 " , RSO 4 ⁇ , halides, TfO " (triflate), and FAP (trifluorophosphate).
  • the ionic liquid or liquids used have an anion chosen from bis-trifluoromethanesulfonamide (NTf 2 ), hexafluorophosphate (PF 6 ), tetrafluoroborate (BF 4 ) and trifluoromethanesulfonate (TfO), and more preferably bis trifluoromethanesulfonamide (NTf 2 ).
  • the ionic liquid or liquids used in the process of the invention have a cation chosen from the above-mentioned cations and an anion chosen from the abovementioned anions.
  • the ionic liquid matrix is formed of a single ionic liquid.
  • the ionic liquid matrix comprises one or more ionic liquids chosen from:
  • the ionic liquid matrix comprises no other compound than the aforementioned ionic liquid (s).
  • the ionic matrix used in the method of the invention comprises at least the compound 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonamidide) [EMIM] [NTf 2 ].
  • the method of the invention implements, in its step (2), one or more molecule (s) called (s) reactive (s).
  • the reactive molecule according to the invention carries at least one reactive function capable of interacting with at least one hydroxyl function of the surface to be functionalized. More particularly, the reactive function carried by said reactive molecule and a hydroxyl function of the surface interact to form a covalent bond.
  • the interaction between the reactive function of said reactive molecule and a hydroxyl function of the surface of said substrate is of a silanization or phosphatation reaction.
  • Phosphating means the grafting of dialkyl esters of phosphonic acid, phosphonic acids or phosphonic acid salts.
  • the reactive function of the reactive molecule used in step (2) of the process of the invention may be represented by a group of formula:
  • Ri, R 2 and R 3 are selected, independently of each other, from halogen atoms, alkoxy groups with linear or branched C 4, alkyl groups -C linear or branched C 4, with at least one of R 1, R 2 and R 3 being a halogen atom or a linear or branched C 1 -C 4 alkoxy group, in particular a methoxy or ethoxy group;
  • R 4 and R 5 are chosen, independently of one another, from linear or branched C 1 -C 4 alkoxy groups, in particular from ethoxy and methoxy groups; or
  • R 4 and R 5 both represent a hydroxyl group
  • R 4 and R 5 are both -O " M + , wherein M is sodium, potassium or an ammonium group.
  • said reactive molecule or molecules may comprise an additional reaction unit, inert with respect to said hydroxyl functions of the surface, as well as vis-à-vis said ionic liquid matrix.
  • This inertia may be natural or have been conditioned by the neutralization of said pattern with a protective group such as for example a BOC group. At the end of the functionalization reaction, this inertia will then be lifted via the deprotection of the pattern.
  • a protective group such as for example a BOC group.
  • the reactive molecule (s) is (are) selected from silane derivatives of formula (I) described above and / or phosphonic acid derivatives of formula (II) described above.
  • the reactive molecule (s) is (are) chosen from among the silane derivatives of formula (I) below:
  • R 2 and R 3 are selected, independently of each other, from halogen atoms, alkoxy groups with linear or branched C 4, alkyl groups Ci-C 4 linear or branched, with at at least one of R 1, R 2 and R 3 being a halogen atom or a linear or branched C 1 -C 4 alkoxy group, in particular a methoxy or ethoxy group, preferably R 1, R 2 and R 3 are all the three chosen from halogen atoms and linear or branched C 1 -C 4 alkoxy groups, in particular the methoxy and ethoxy groups;
  • R is an alkyl chain, linear or branched, from 1 to 100 carbon atoms, optionally comprising one or more heteroatoms, in particular selected from O, N and S, and optionally one or more aryl groups;
  • F is a chemical function inert to said ionic liquid matrix and hydroxyl functions of said surface, and likely to interact or react with a chemical molecule, biochemical or biological. F may optionally be protected by a labile protective group.
  • the reactive molecule (s) is (are) chosen from among the phosphonic acid derivatives of formula (II) below:
  • R 4 and R 5 are chosen, independently of one another, from linear or branched C 1 -C 4 alkoxy groups, in particular from ethoxy and methoxy groups; or
  • R 4 and R 5 both represent a hydroxyl group
  • R 4 and R 5 are both -O " M + , wherein M is sodium, potassium or an ammonium group; - R is an alkyl chain, linear or branched, from 1 to 100 carbon atoms, optionally comprising one or more heteroatoms, in particular selected from O, N and S, and optionally one or more aryl groups; and
  • F is a chemical function inert with respect to said ionic liquid matrix and said hydroxyl functions of the surface, and capable of interacting or reacting with a chemical, biochemical or biological molecule.
  • F may optionally be protected by a labile protective group.
  • the reactive molecule (s) is (are) advantageously derivatives of a phosphonic acid salt, especially of formula (II) given above, wherein R 4 and R 5 are both a group -0 "M + wherein M is sodium, potassium or an ammonium group, in particular sodium.
  • the function F in formulas (I) and (I) above may be chosen from electrophilic chemical functions, in particular carbonyl functions such as, for example, carboxylic acid functions, activated esters, acyl, ketone, aldehyde, halogenated functions, unsaturated functions such as, for example, double, triple bond, maleimide functions; nucleophilic chemical functions, in particular amines, hydroxyls, thiols, oxyamines, azides, hydrazides; and inert chemical functions especially alkyls and aryls.
  • electrophilic chemical functions in particular carbonyl functions such as, for example, carboxylic acid functions, activated esters, acyl, ketone, aldehyde, halogenated functions, unsaturated functions such as, for example, double, triple bond, maleimide functions
  • nucleophilic chemical functions in particular amines, hydroxyls, thiols, oxyamines, azides, hydrazides
  • reactive molecule capable of interacting with a hydroxyl function
  • the method of the invention comprises contacting all or part (s) of the surface to be functionalized, with an ionic liquid matrix, in particular as described above, containing at least one reactive molecule as described previously.
  • step (2) can comprise, consecutively, (a) contacting all or part (s) of said surface, in particular of one or more point zones of said surface , with an ionic liquid matrix devoid of a reactive molecule, and (b) adding said reactive molecule (s) within said ionic liquid matrix.
  • the mixture of an ionic liquid matrix devoid of reactive molecule and reactive molecule (s) (s) can be formed prior to the implementation of step (2).
  • the functionalization carried out according to the method of the invention may be performed on all or part (s) of the surface to be functionalized.
  • step (2) may then comprise contacting the whole of said surface with said ionic liquid matrix, in particular by immersing said surface, or even said substrate, in the ionic liquid matrix.
  • the surface to be functionalized can be immersed in an ionic liquid matrix devoid of a reactive molecule, wherein said reactive molecule or molecules are then introduced into the ionic liquid matrix.
  • the surface to be functionalized can be immersed in an ionic liquid matrix already comprising said reactive molecule or molecules.
  • the method of the invention advantageously allows localized functionalization.
  • the contact with said ionic liquid matrix in step (2) can thus be limited to one or more point areas of said surface.
  • the localized contacting can be carried out via the deposition of drops of said ionic liquid matrix, on one or more determined areas of the surface.
  • drop means any volume of ionic liquid less than 20 ⁇ . Such drops may be deposited on the surface of said substrate using techniques known to those skilled in the art. For example, the drop may be formed using a dispensing robot, a hand pipette, a screen printing tool.
  • a drop of an ionic liquid matrix may be deposited on the surface of each of the zones to be functionalized, and then the reactive molecule (s) is (are) then introduced into the drop, for example, using a syringe, a dispensing robot, a manual pipette, etc.
  • the localized contacting consists of the deposition of drops of the ionic liquid matrix already comprising said reactive molecule or molecules.
  • step (2) implements two distinct reactive molecules formulated respectively in two distinct ionic matrices, each of the two matrices being deposited in the form of drops on the surface of at least two distinct point zones. of said surface.
  • the method of the invention can implement more than two different reactive molecules, with regard to the desired functionalization.
  • the method of the invention can thus easily achieve several different surface functionalizations of a given substrate, without requiring complex techniques such as zone masking techniques.
  • step (2) is carried out at ambient temperature, that is to say from 20 to 25 ° C.
  • the interaction in step (2) between the reactive function of said molecule and a hydroxyl function of the surface may be thermally assisted, for example by means of a thermal input type water bath or of micro- waves or ultrasound, photochemically, electrochemically or biochemically, for example using an enzyme.
  • the interaction in step (2) between the reactive function of said molecule and a hydroxyl function of the surface is thermally assisted by means of microwaves, more particularly by exposure of said treated surface. at a temperature greater than or equal to 20 ° C, in particular ranging from 30 to 200 ° C.
  • the duration of bringing the ionic liquid matrix into contact with said surface, at room temperature or under exposure at a temperature greater than or equal to 20 ° C. may range from a few minutes to 24 hours, for example from 10 minutes to 16 hours.
  • step (2) of the process of the invention one or more steps of elimination of the ionic liquid matrix, washing of the functionalized surface and / or drying of the functionalized surface can be carried out.
  • the treated surface can be washed with an ethanol solution and then optionally subjected to ultrasound in an ethanol solution.
  • the washing step may be followed by drying under nitrogen, optionally followed by a step of heating in an oven, in particular at a temperature of 100 to 150 ° C, especially for a period of 1 to 4 hours.
  • the method of the invention leads to the covalent grafting of one or more reactive molecules on said substrate.
  • Such functionalized surfaces may be implemented in multiple applications, with respect to the reactive molecule (s) graft (s).
  • said reactive molecule or molecules may further comprise one or more additional reaction units, non-reactive with respect to said hydroxyl functional groups of the surface and non-reactive with respect to said ionic liquid matrix, for example a function F as carried by the molecules of formula (I) and (II) described above.
  • the unit (s) reaction (s) is (are) protected by a protective group as evoked previously, can be operated at the end of step (2) of the process of the invention, or at the end of any previously mentioned steps of removal of the ionic matrix, washing and / or drying, one or more steps to deprotect these reaction units.
  • the substrates thus functionalized at the end of the process of the invention can find multiple applications.
  • the reaction units present on the surface of said substrate at the end of the process of the invention may be used as they are, without any subsequent modification other than possible deprotection.
  • the process may allow the functionalization of silica beads by silanes bearing reaction units that are hydrophobic groups, in particular long hydrophobic hydrocarbon chains, for example octadecyl (C 18 ) groups.
  • silica beads having a hydrophobic surface, can be used as a stationary phase for reverse phase chromatography. It is also possible to functionalize wall surfaces of separating microsystems (also called "lab on chip” in English) or glass slides.
  • the reaction units may be modified later, for example by reaction or interaction with a chemical, biochemical or biological molecule.
  • the treated surface may have, at the end of the process of the invention, reaction units provided by the grafted molecules, which are suitable for the subsequent grafting of biological elements, for example nucleic acids, proteins or sugars. etc.
  • Such surface-treated substrates find many applications, particularly in the medical or diagnostic field, for example for the surfaces of medical devices for ex vivo or in vivo treatment of organs, in the field of food processing, for example for decontamination of fluids, etc.
  • Functionalisation localized by different molecules according to the process of the invention can make it possible to carry out selective captures on different zones of the substrate, of different molecules, with respect to their ability to interact with the different reaction units present on each of the functionalized zones.
  • Figure 1 schematic representation of the four working areas defined using a Geneframe separator, the surface of the substrates used in the examples.
  • FIG. 2 images obtained by detecting the fluorescence of the surfaces of a functionalized silicon oxide substrate according to example 1 in zone No. 1 by silanization in an ionic liquid medium at 80 ° C., and of the reference substrate functionalized with silanization in toluene.
  • FIG. 3 Fluorescence detection images of Working Zones No. 1 of the substrates prepared according to Example 2, functionalized in Zone No. 1 by silanization at 80 ° C. in different ionic liquids.
  • FIG. 5 Fluorescence detection images of the working zones No. 1 of the substrates, prepared according to Example 4, functionalized by silanization operated at a temperature of 20 ° C. or at 80 ° C., and for incubation times set at 2 hours or 16 hours in toluene, reference solvent, and in the ionic liquid [EMIM] [NTf 2 ] (L2).
  • EMIM ionic liquid
  • FIG. 6 image by detection of the fluorescence of a substrate, prepared according to example 5, functionalized locally, by silanization at ambient temperature in the ionic liquid [EMIM] [NTf 2 ] (L 2).
  • EMIM ionic liquid
  • FIG. 7 fluorescence detection images of metal oxide substrates, functionalized according to example 6 by phosphating in a water / DMSO mixture (substrate 1) and in the ionic liquid [BMIM] [BF 4 ] (substrate 3) .
  • a process according to the invention for the silanization of a silicon oxide substrate in an ionic liquid is compared with a reference process for silanization in toluene, as described, for example, in patent No. FR 2,818,662.
  • Two silicon substrates (2.5 cm ⁇ 2.5 cm), covered with a thermal oxidation oxide layer (100 nm thick), are immersed for 30 minutes under ultrasound in a hydroalcoholic solution (40 ⁇ m). % water / 60% EtOH v / v) sodium hydroxide (0.1 M). After rinsing with deionized water, the substrates are dried under a stream of nitrogen and then baked at 80 ° C. for 15 minutes.
  • This rehydration step makes it possible to generate silanol functions on the surface of the substrate.
  • the first rehydrated substrate is separated into four distinct zones by means of a Geneframe separator thus defining four working zones, as represented in FIG. 1.
  • the second substrate is used as obtained after rehydration.
  • an ionic liquid solution of l-ethyl-3-methyl imidazolium bis (trifluoro uorométhane sulfonamidure) [EMIM] [NTf 2] containing 20 mM 5,6-époxyhéxyltriéthoxysilane reactive molecule is delivered to the using a hand pipette; the area is then covered with a hood to create a uniform spread of the surface solution.
  • an ionic liquid solution of l-ethyl-3-methyl imidazolium bis (trifluoromethane sulfonamidure) [EMIM] [NTf 2] containing 20 mM l, 2-epoxy-5-hexene is provided and the area covered with a hood.
  • the second substrate used as a reference, is totally immersed in a solution of 20mM 5,6-epoxyhexyltriethoxysilane in toluene in the presence of triethylamine (0.05% by volume of toluene).
  • Both substrates are then incubated at 80 ° C for 15 hours. After incubation, the substrates are washed with 95% ethanol solution and sonicated for 15 minutes in an ethanol solution.
  • the comparison of the functionalized substrates is carried out by comparing the hybridization spots between DNA fragments obtained after grafting an oligonucleotide probe on the function carried by the silanes, followed by hybridization with a target oligonucleotide carrying a fluorophore.
  • the two substrates are immersed in a 0.2 M sulfuric acid solution for 2 hours with stirring in order to hydrolyze the epoxide function to diols, then washed abundantly with water and dried under a flow of nitrogen.
  • the substrates are then incubated in an aqueous solution of sodium periodate (0.1 M) for 1 hour with stirring in order to obtain aldehyde functions. Immobilization of the probes
  • a solution containing the complementary fluorescent target (CY3) in Sigma Aldrich's "Hyb buffer” commercial hybridization buffer at a concentration of 0.1 ⁇ is applied to the surface of the two substrates covered with a hood and the assembly is then put in an oven at 37 ° C for 1 hour.
  • the ionic liquids used are the following:
  • L6 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [BMIM] [BF 4 ] and L7: 1-ethyl-3-methylimidazolium (trifluoromethanesulfonate) [EMIM] [TfO].
  • BMIM 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate
  • EMIM 1-ethyl-3-methylimidazolium (trifluoromethanesulfonate) [EMIM] [TfO].
  • the set of ionic liquids used in a process according to the invention makes it possible to obtain an effective surface functionalization. It is noted that the intensity of the spots obtained is highest in the case of an ionic liquid comprising a 1-ethyl-3-methyl imidazolium cation.
  • a process according to the invention for the silanization of a silicon oxide substrate in an ionic liquid is compared with a reference process for silanization in toluene, as described, for example, in patent No. FR 2,818,662.
  • Example 2 The same silanization protocols of Example 1 and the same ionic liquids of Example 2 were used, except that the silanization reaction was carried out at room temperature (20 ° C.), and not at 80 ° C. vs.
  • the luminous intensities are of the same order of magnitude in the case of silanization in ionic liquid medium and in toluene, which proves that the silanization is also effective according to the two processes.
  • the intensity of the spots obtained is higher in the case of an ionic liquid comprising a 1-ethyl-3-methylimidazolium cation.
  • a silicon substrate (2.5 cm ⁇ 2.5 cm) coated with a thermal oxide layer (100 nm) is immersed for 30 minutes under ultrasound in a hydroalcoholic solution (40% water / 60% EtOH). v / v) sodium hydroxide (0.1 M) After rinsing with deionized water, the substrate is dried under nitrogen flow and then baked at 80 ° C for 15 minutes.
  • the substrate is then left for 15 hours at room temperature.
  • the substrate is then washed with a 95% ethanol solution and subjected to ultrasound for 15 minutes in an ethanol solution. After drying under nitrogen, crosslinking is carried out by heating at 110 ° C. in an oven for 3 hours.
  • the substrate is then immersed in a 0.2 M sulfuric acid solution for 2 hours with stirring in order to hydrolyze the epoxide function to diols and then washed abundantly with water and dried under a stream of nitrogen.
  • the substrate is then incubated in an aqueous solution of sodium periodate (0.1 M) for 1 hour with stirring in order to obtain aldehyde functions.
  • the image obtained by detection of the fluorescence shown in FIG. 6 shows that the probes, and thus the silane molecules, have grafted well locally in the L 2 / silane deposition zones.
  • the surface chemistry used to couple the probe molecule has a surface carboxylic acid function by grafting a phosphonic acid (6-phosphonohexanoic acid) on the surface of the ITO substrate.
  • the immobilization step of the probe molecule is carried out via the so-called "peptide" coupling reaction between the carboxylic acid function at the surface and the amine function carried by the probe molecule.
  • the first substrate thus rehydrated is immersed in a solution of phosphonic acid (6-phosphonohexanoic acid) in a water / DMSO mixture (v / v: 50/50) at a concentration of 5 mM.
  • the second substrate thus rehydrated is immersed in a water / DMSO mixture
  • the third substrate thus rehydrated is covered with a cover of a solution of phosphonic acid (6-phosphonohexanoic acid) in the ionic liquid L6 at a concentration of 5 mM.
  • the fourth substrate thus rehydrated is covered with a cap, the ionic liquid L6, serving as a negative control, since devoid of phosphonic acid.
  • the four substrates are then left at room temperature for 15 hours. After incubation, the substrates are washed with a 95% ethanol solution, then with water, and subjected to ultrasound for 15 minutes in an ethanol solution. ii- Characterization by grafting a nucleic acid
  • the comparison of the functionalized substrates is carried out by comparing the hybridization spots between DNA fragments obtained after grafting an oligonucleotide probe on the function carried by the phosphonic acid, followed by hybridization with a carrier oligonucleotide carrier a fluorophore.
  • probed amine oligonucleotides (5 'NH 2 -TTTTT GAT AAA ACT-CTA ACT-3') at a concentration of 10 ⁇ in water in the presence of a peptide coupling agent (EDC: 1-ethyl- 3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide) is dispensed manually using a Gilson pipette in the form of spots (3 spots for functionalized substrates and 2 for negative controls) on the four previously functionalized substrates. After incubation for 2 hours at room temperature, the substrates are then washed with water and dried under a stream of nitrogen.
  • EDC 1-ethyl- 3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide
  • Hybridization with a fluorophore-bearing target oligonucleotide A solution containing the fluorescent complementary target (CY3) in Sigma Aldrich's "Hyb buffer” commercial hybridization buffer at a concentration of 0, 1 ⁇ is applied to the surface of the four substrates covered with a cover and the assembly is then put in an oven at 37 ° C for 1 hour.
  • the substrates are then washed with 0.2 X sodium citrate buffer and then dried before detection of fluorescence (Genomic Solutions TM GeneTac TM LS IV (Cy3 emission: 570 nm: Cy3 excitation: 550 nm; in Relative Fluorescence Unit ( RFU)). Scan: 42%.
  • the images obtained by fluorescence detection, presented in FIG. 7, below, show that the probes, and thus the phosphonic acid molecules (6-phosphonohexanoic acid), have only been grafted onto the substrates 1 and 3. Moreover, the light intensities obtained on these two substrates, are of the same order of magnitude in the case of the grafting of phosphonic acid in an ionic liquid medium according to the method of the invention, and in the water / DMSO mixture, which proves that the grafting of the phosphonic acid on the metal oxide surface is also effective in both processes.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé utile pour la fonctionnalisation en surface d'un substrat comportant au moins une fonction hydroxyle, comprenant la mise en contact d'une ou plusieurs zones ponctuelles de ladite surface avec une matrice liquide ionique contenant au moins une molécule dite réactive, porteuse d'au moins une fonction réactive, dans des conditions propices à l'établissement d'une liaison covalente entre ladite fonction réactive de la molécule et une fonction hydroxyle de ladite surface.

Description

Fonctionnalisation en surface d'un substrat en milieu liquide ionique
La présente invention porte sur un procédé de fonctionnalisation d'une surface d'un substrat, notamment d'un substrat d'oxyde de silicium ou d'oxyde métallique.
La fonctionnalisation en surface d'un substrat ou encore matériau s'avère particulièrement intéressante pour rendre la surface ainsi traitée propice à une application donnée, comme par exemple pour former une phase stationnaire de nature adéquate dans une technique de chromatographie, ou encore un substrat support adapté au greffage d'éléments biologiques tels que des acides nucléiques, protéines, etc..
D'une manière générale, la fonctionnalisation de substrat de type oxyde de silicium ou oxyde métallique est réalisée via une réaction de silanisation [1] ou via une réaction de phosphatation faisant intervenir un acide phosphonique, un dialkylester de l'acide phosphonique ou un sel d'acide phosphonique [2]. Ces procédés permettent avantageusement d'apporter une fonction chimique sur ces matériaux inorganiques.
Malheureusement, ces procédés de fonctionnalisation présentent l'inconvénient de mettre en œuvre des solvants, tels que par exemple le toluène, le tétrachlorure de carbone ou le trichloroéthylène, reconnus toxiques à la fois pour l'environnement et pour le manipulateur. La mise en œuvre de tels solvants nécessite donc, en outre, à l'échelle industrielle, d'utiliser des systèmes d'extraction adaptés (hottes aspirantes par exemple) et de retraitement au niveau industriel.
Par ailleurs, les procédés de fonctionnalisation usuellement mis en œuvre ne permettent pas une fonctionnalisation localisée des surfaces inorganiques traitées, autrement dit un contrôle de la localisation des molécules uniquement en des zones précises de la surface dudit substrat. Or, pour certaines applications, il est avantageux de disposer d'une localisation affinée des fonctionnalités via les fonctions réactives greffées. Les techniques de localisation, bien connues de l'homme du métier, telles que la photochimie ou Γ électrochimie, ne permettent généralement pas, hormis certains cas particuliers où l'épaisseur de la couche d'oxyde est très fine, une fonctionnalisation directe des substrats oxydés ; elles permettent seulement de modifier localement une fonction greffée préalablement par des techniques de fonctionnalisation classiques telles que la silanisation ou la phosphatation dans le toluène.
Enfin, les procédés classiques de fonctionnalisation par silanisation ou phosphatation ne sont pas appropriés à l'obtention de plusieurs fonctionnalisations différentes sur un même substrat donné, hormis la mise en œuvre, souvent complexe, de procédés de masquage de zones. Or une fonctionnalisation en surface par différentes fonctions chimiques peut s'avérer particulièrement avantageuse pour réaliser, par exemple, des captures sélectives de molécules sur différentes zones d'un même substrat ou encore pour fonctionnaliser différemment une colonne de chromatographie en différentes zones, etc..
En conséquence, il serait avantageux de disposer d'un nouveau procédé de fonctionnalisation en surface d'un substrat, notamment d'une surface inorganique d'oxyde de silicium ou d'oxyde métallique, permettant de pallier au moins en partie les inconvénients précités .
La présente invention vise précisément à répondre à ces besoins.
Plus particulièrement, la présente invention concerne, selon un premier de ses aspects, un procédé utile pour la fonctionnalisation en surface d'un substrat, comprenant au moins les étapes consistant en :
(1) disposer d'un substrat présentant au moins une surface comportant au moins une fonction hydroxyle, et
(2) mettre en contact tout ou partie(s) de ladite surface avec une matrice liquide ionique contenant au moins une molécule dite réactive, ladite molécule étant porteuse d'au moins une fonction réactive apte à interagir avec au moins une fonction hydroxyle de la surface,
ladite mise en contact étant réalisée dans des conditions propices à l'établissement d'une liaison covalente entre ladite fonction réactive de ladite molécule et une fonction hydroxyle de ladite surface.
En particulier, la présente invention concerne un procédé utile pour la fonctionnalisation en surface d'un substrat, comprenant au moins les étapes consistant en :
(1) disposer d'un substrat présentant au moins une surface comportant au moins une fonction hydroxyle ; et
(2) mettre en contact une ou plusieurs zones ponctuelles de ladite surface avec une matrice liquide ionique contenant au moins une molécule dite réactive, ladite molécule étant porteuse d'au moins une fonction réactive apte à interagir avec au moins une fonction hydroxyle de la surface, ladite mise en contact étant réalisée dans des conditions propices à l'établissement d'une liaison covalente entre ladite fonction réactive de ladite molécule et une fonction hydroxyle de ladite surface.
Par « fonctionnalisation », on désigne la réaction générale consistant à modifier chimiquement une surface donnée à l'aide d'une molécule.
Dans le cadre de la présente invention, la fonctionnalisation consiste plus particulièrement en un greffage covalent à la surface dudit substrat, d'une ou plusieurs molécules dites réactives.
Au sens de l'invention, on entend ainsi désigner par « molécule réactive », une molécule porteuse d'au moins une fonction réactive apte à interagir avec au moins une fonction hydroxyle de la surface à fonctionnaliser, pour former une liaison covalente.
Au sens de l'invention, on entend également désigner par l'expression « matrice liquide ionique », un milieu comprenant un ou plusieurs liquides ioniques, fonctionnalisés ou non, et en particulier constitué exclusivement d'un ou plusieurs liquides ioniques, et étant inerte chimiquement.
Un « liquide ionique » désigne, d'une manière générale, un sel ou un mélange de sels dont le point de fusion est inférieur à 100 °C [3]. Il est constitué d'un cation organique ou inorganique et d'un anion inorganique. Il est connu que les propriétés physiques et chimiques, notamment en termes de température de fusion, de solubilité dans un solvant donné, de densité, de viscosité, de tension de surface, de conductivité électrique, dépendent à la fois de la nature du cation et de l'anion constituant le liquide ionique. Les liquides ioniques particulièrement préférés pour leur utilisation dans le procédé de l'invention sont décrits plus précisément par la suite.
Les liquides ioniques ont déjà été mis en œuvre dans de multiples applications. En particulier, la température de fusion relativement basse des liquides ioniques autorise leur utilisation comme solvants pour de très nombreuses synthèses [4], à la différence des sels fondus, comme le chlorure de sodium dont la température de fusion atteint 801 °C. Parmi les liquides ioniques, certains présentent même une température de fusion inférieure à la température ambiante ; ils sont connus sous l'appellation « Room Température Ionic Liquid » (RTIL) en anglais. Egalement, les liquides ioniques présentent l'avantage de pouvoir dissoudre une large gamme de composés, tels que des composés organiques à bas poids moléculaire, des enzymes et des polymères [5]. Les liquides ioniques ont par ailleurs trouvé de nombreuses applications dans le domaine de l'extraction [6] ou de Γ électrochimie [7]. Plus récemment, une nouvelle classe de liquides ioniques, les liquides ioniques dits « à tâches spécifiques » (« Task Spécifie Ionic Liquids » (TSILs) en anglais), a été développée. Ces TSILs, caractérisés comme des liquides ioniques porteurs d'une ou de plusieurs fonctions chimiques leur conférant des propriétés spécifiques, sont proposés pour des applications diverses, par exemple dans le domaine de l'extraction, de la catalyse, de la synthèse organique ou asymétrique, etc..
On peut encore citer l'utilisation des liquides ioniques pour réaliser la fonctionnalisation d'électrodes en carbone vitreux avec des sels de diazonium en utilisant des liquides ioniques comme solvant en conditions douces, pour former des couches organiques attachées de façon covalente à la surface grâce à des liaisons C-C [8]. D'autres auteurs ont fonctionnalisé des substrats carbonés soit par décomposition thermique ou par réduction électrochimique de TSILs porteurs de fonctions diazonium [9] dans des solvants classiques. D'autres encore ont immobilisé des liquides ioniques TSILs sur des surfaces d'oxyde de silicium par interaction électrostatique avec les silanols surfaciques ou bien par l'intermédiaire de fonctions silanes portées par ces liquides ioniques [10].
Enfin, il a été décrit le dépôt localisé de polyméthylméthacrylate (PMMA) sur de l'oxyde de silicium en utilisant des liquides ioniques comme solvant déposé à l'état de goutte [11]. Dans cette publication, les auteurs introduisent, dans une goutte de liquide ionique mélangée à du diméthylformamide, un catalyseur de polymérisation. Cette goutte, utilisée comme microréacteur, est ensuite déposée sur de l'oxyde de silicium préalablement fonctionnalisé par silanisation dans du toluène, par un composé silane utilisé comme initiateur. Puis, des gouttes de monomère MMA (méthylméthacrylate) sont introduites dans la goutte et la polymérisation commence. A la fin de la réaction, un polymère PMMA déposé localement, et non lié de manière covalente à la surface, est obtenu.
A la connaissance des inventeurs, il n'a jamais été proposé la fonctionnalisation, notamment la fonctionnalisation localisée, d'une surface comportant des fonctions hydroxyles, en particulier d'une surface d'oxyde de silicium ou d'oxyde métallique, par greffage covalent, en milieu liquide ionique, d'une ou plusieurs molécules réactives.
Le procédé de l'invention s'avère avantageux à plusieurs titres. Tout d'abord, il répond à la définition générale des procédés dits « verts », en mettant en œuvre un milieu non toxique pour l'environnement.
Par ailleurs, le caractère peu volatile des liquides ioniques les rend adaptés à une mise en œuvre en des quantités volumiques faibles, notamment sous forme de gouttes. Ainsi, comme développé par la suite, le procédé de l'invention est propice, selon une variante particulière, à l'obtention d'une fonctionnalisation localisée de la surface, autrement dit une fonctionnalisation limitée à une ou plusieurs zones spécifiques et déterminées de ladite surface, via plus particulièrement le dépôt de la matrice ionique sous la forme de gouttes. Il est également possible de réaliser aisément par le procédé de l'invention des fonctionnalisations différentes par des molécules réactives distinctes sur une même surface d'un substrat donné.
D'autre part, les liquides ioniques sont facilement recyclables, et en particulier aisément séparables, du fait de leur faible volatilité, d'éventuels composés organiques.
Enfin, les liquides ioniques, en fonction de la nature de l'anion et/ou du cation les constituant, peuvent présenter de bonnes propriétés en termes de conductivité et de stabilité thermique. A titre d'exemple, on peut citer le l-éthyl-3-méthyl imidazolium tétrafluoroborate ([EMIM][BF4]) et le l-éthyl-3-méthyl imidazolium bis-(trifluorométhane sulfonamidure) ([EMIM][NTf2]), qui demeurent stables à des températures respectives de l'ordre de 300 °C et 400 °C. De manière avantageuse, la stabilité thermique des liquides ioniques ouvre la possibilité d'assister la réaction de fonctionnalisation de l'étape (2) du procédé de l'invention, thermiquement, photochimiquement, électrochimiquement ou bio chimiquement, en particulier par exposition de ladite surface à une température supérieure ou égale à 20 °C, notamment à l'aide de micro-ondes. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la molécule réactive peut comprendre en outre au moins un motif réactionnel annexe, non réactif vis-à-vis des fonctions hydroxyles de ladite surface et non réactif vis-à-vis de ladite matrice liquide ionique. En fait, un tel motif réactionnel est plus particulièrement choisi au regard de l'application envisagée pour la surface fonctionnalisée obtenue à l'issue du procédé de l'invention, par exemple à des fins de piégeage d'entités spécifiques précisément caractérisées par le fait qu'elles sont réactives vis-à-vis de ce motif réactionnel annexe. Des molécules réactives pouvant être mises en œuvre dans le procédé de l'invention sont plus particulièrement décrites par la suite.
D'autres caractéristiques, variantes et avantages du procédé selon l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description, des exemples et figures qui vont suivre, donnés à titre illustratif et non limitatif.
Dans la suite du texte, les expressions « compris entre ... et ... », « allant de ... à ... » et « variant de ... à ... » sont équivalentes et entendent signifier que les bornes sont incluses, sauf mention contraire.
Sauf indication contraire, l'expression « comportant/comprenant un(e) » doit être comprise comme « comportant/comprenant au moins un(e) ».
SURFACE DU SUBSTRAT A FONCTIONNALISER
Dans le cadre de la présente invention, le terme « substrat » fait référence à toute structure de base solide présentant au moins une surface comportant une ou plusieurs fonction(s) hydroxyle.
Selon un mode de réalisation particulier, la surface est une surface inorganique, en particulier d'oxyde de silicium ou d'oxyde métallique.
Il peut s'agir plus particulièrement d'une surface d'oxyde de silicium ou de nitrure de silicium, préalablement oxydé selon les techniques connues de l'homme du métier, de verre, d'oxyde métallique tel que notamment d'indium tin oxyde, d'oxyde d'iridium, d'oxyde de titane, d'oxyde d'hafnium, d'oxyde de fer, d'oxyde de cuivre, d'oxyde d'argent ou d'oxyde de gallium.
Le substrat présentant une telle surface peut être lui-même un substrat inorganique, en particulier un substrat d'oxyde métallique ou d'oxyde de silicium.
Selon un autre mode de réalisation particulier, la surface peut être une surface organique, de type polymère organique comme le polydiméthylsiloxane (PDMS), une matière plastique, etc.. Le substrat présentant une telle surface organique peut être lui-même un substrat organique.
Selon une autre variante de réalisation, le substrat peut être de toute nature envisageable, sous réserve qu'il présente au moins une surface comportant des fonctions hydroxyles. Par exemple, le substrat peut être revêtu sur au moins l'une de ses faces d'au moins une couche inorganique, en particulier d'oxyde de silicium ou d'oxyde métallique.
Le substrat peut présenter toute forme possible au regard de l'application envisagée. Il peut être, par exemple, sous forme de billes, lame, tranche ou galette de semi- conducteur (encore appelée « wafer » en anglais), etc., et destiné à des utilisations diverses, par exemple constituer la paroi de microsystèmes séparatifs (dits encore « lab on chip » en anglais), des billes d'une colonne de chromatographie, un microcomposant, etc..
Les fonctions hydroxyles peuvent être nativement présentes sur ladite surface, ou générées préalablement à l'étape (1) par une ou plusieurs étapes de traitement de la surface dudit substrat.
Par exemple, les fonctions hydroxyles peuvent être générées sur une surface d'oxyde de silicium, par réhydratation de ladite surface selon des techniques connues de l'homme du métier, par exemple par immersion dans une solution hydro-alcoolique de soude, par immersion dans une solution de H202 et de H2S04 ou encore via un plasma oxygène.
MATRICE LIQUIDE IONIQUE
Comme précisé précédemment, une « matrice liquide ionique » selon l'invention comprend un mélange d'un ou plusieurs liquides ioniques, inertes chimiquement, c'est-à-dire non réactifs avec la surface du substrat et non réactifs avec les molécules réactives mises en œuvre selon l'invention.
Selon un mode de réalisation particulier, la matrice liquide ionique peut comprendre, outre le ou les liquides ioniques, un ou plusieurs solvants annexes, tels que des solvants hydrophobes comme par exemple CH3CN, CH2C12 ou des solvants hydrophiles comme par exemple l'éthanol. Ces solvants peuvent servir à la solubilisation de la ou des molécules réactives, par exemple des dérivés de silane, dans le(s) liquide(s) ionique(s) utilisé(s). Ils peuvent être éliminés dans une étape ultérieure au greffage selon l'invention.
D'une manière générale, les liquides ioniques sont des sels ou mélanges de sels dont le point de fusion est inférieur à 100 °C. De préférence, le ou les liquide(s) ionique(s) mis en œuvre dans le procédé de l'invention sont liquides à température ambiante ; autrement dit, ils présentent une température de fusion inférieure à 25 °C.
Bien entendu, la matrice liquide ionique mise en œuvre est totalement inerte tant vis-à-vis de la surface dudit substrat à fonctionnaliser, que vis-à-vis de la ou desdites molécule(s) réactive(s) mise(s) en œuvre.
Par « inerte », encore indifféremment dit « non-réactif », on entend signifier que la matrice liquide ionique ne réagit ou n'interagit pas ou n'induit aucune réaction avec la surface à fonctionnaliser et les molécules réactives mises en œuvre.
Les liquides ioniques sont composés d'un cation organique ou inorganique et d'un anion inorganique.
Selon un mode de réalisation particulier, la matrice liquide ionique mise en oeuvre dans le procédé de l'invention comprend un ou plusieurs liquide(s) ionique(s) dont le cation est choisi parmi les cations imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium, ammonium, phosphonium et sulfonium.
De préférence, le ou les liquides ioniques mis en œuvre selon l'invention présentent un cation choisi parmi les cations imidazolium, pyrrolidinium et ammonium, de préférence un cation imidazolium et plus préférentiellement un cation l-éthyl-3-méthyl imidazolium.
Le ou les liquides ioniques mis en œuvre dans le procédé de l'invention peuvent présenter un anion choisi parmi les anions BF4 ~, A12C17 ~, AI3CI10", Au2Cl7, Fe2Cl7 ~, A1CL,", FeCl4 ", SbF6 ", ZnCl3 ~, N03 , PF6 ", N(CF3S02)2 ~, CF3C02 ", CH3S03 ", RC02 , RS03 ~, Cl", Br", CF3S03 ", RS04 ~, halogénures, TfO" (triflate), et FAP (trifluorophosphate).
De préférence, le ou les liquides ioniques mis en œuvre présentent un anion choisi parmi les anions bis-trifluorométhane sulfonamidure (NTf2), hexafluorophosphate (PF6), tetrafluoroborate (BF4) et trifluorométhane sulfonate (TfO), et plus préférentiellement le bis-trifluorométhane sulfonamidure (NTf2).
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le ou les liquides ioniques mis en œuvre dans le procédé de l'invention présentent un cation choisi parmi les cations précités et un anion choisi parmi les anions précités. Selon un mode de réalisation particulier, la matrice liquide ionique est formée d'un unique liquide ionique.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la matrice liquide ionique comprend un ou plusieurs liquides ioniques choisis parmi :
- l-éthyl-3-méthyl imidazolium bis-(trifluorométhane sulfonamidure) [EMIM][NTf2] ;
1-butyl-l-méthylpyrrolidinium bis-(trifluorométhane sulfonamidure)
[BMP][NTf2] ;
- triméthylbutylammonium bis-(trifluorométhane sulfonamidure)
[TMBA][NTf2] ;
- l-butyl-3-méthylimidazolium hexafluorophosphate [BMIMJfPFô] ;
- l-butyl-3-méthylimidazolium tétrafluoroborate [BMIM][BF4] ; et
- l-éthyl-3-méthyl imidazolium (trifluorométhane sulfonate) [EMIM] [TfO].
Selon un mode de réalisation particulier, la matrice liquide ionique ne comprend aucun autre composé que le ou les liquide(s) ionique(s) précité(s).
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la matrice ionique mise en œuvre dans le procédé de l'invention comprend au moins le composé l-éthyl-3- méthyl imidazolium bis-(trifluorométhane sulfonamidure) [EMIM][NTf2].
MOLECULE REACTIVE
Le procédé de l'invention met en œuvre, dans son étape (2), une ou plusieurs molécule(s) dite(s) réactive(s).
La molécule réactive selon l'invention est porteuse d'au moins une fonction réactive apte à interagir avec au moins une fonction hydroxyle de la surface à fonctionnaliser. Plus particulièrement, la fonction réactive portée par ladite molécule réactive et une fonction hydroxyle de la surface interagissent pour former une liaison covalente.
Selon un mode de réalisation particulier, l'interaction entre la fonction réactive de ladite molécule réactive et une fonction hydroxyle de la surface dudit substrat relève d'une réaction de silanisation ou de phosphatation. Par phosphatation, on entend le greffage de dialkyl esters de l'acide phosphonique, d'acides phosphoniques ou de sels d'acide phosphonique.
Plus particulièrement, la fonction réactive de la molécule réactive mise en œuvre dans l'étape (2) du procédé de l'invention peut être figurée par un groupement de formule :
dans laquelle Ri, R2 et R3 sont choisis, indépendamment les uns des autres, parmi les atomes d'halogène, les groupements alkoxy en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, les groupements alkyles en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, avec au moins l'un des Ri, R2 et R3 étant un atome d'halogène ou un groupement alkoxy en Ci à C4 linéaire ou ramifié, en particulier un groupement méthoxy ou éthoxy ;
ou de formule :
(R4)(R5)P(0)- dans laquelle :
- R4 et R5 sont choisis, indépendamment l'un de l'autre, parmi les groupements alkoxy en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, en particulier parmi les groupements éthoxy et méthoxy ; ou
R4 et R5 représentent tous les deux un groupement hydroxyl ; ou
R4 et R5 représentent tous les deux un groupement -0"M+, dans lequel M représente le sodium, le potassium ou un groupement ammonium.
Comme évoqué précédemment, la ou lesdites molécules réactives peuvent comprendre un motif réactionnel annexe, inerte tant vis-à-vis desdites fonctions hydroxyles de la surface, que vis-à-vis de ladite matrice liquide ionique.
Cette inertie peut être naturelle ou avoir été conditionnée via la neutralisation dudit motif avec un groupement protecteur tel que par exemple un groupe BOC. A l'issue de la réaction de fonctionnalisation, cette inertie sera alors levée via la déprotection du motif.
Autrement dit, à l'issue de l'étape (2) du procédé de l'invention, un motif réactionnel libre à la surface dudit substrat existe ou est susceptible d'y être généré. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la ou lesdites molécule(s) réactive(s) est/sont choisi(es) parmi des dérivés de silane de formule (I) décrite ci-dessus et/ou des dérivés d'acide phosphonique de formule (II) décrite ci-dessus.
Selon une première variante de réalisation, la ou lesdites molécule(s) réactive(s) est/sont choisie(s) parmi les dérivés de silane de formule (I) suivante :
dans laquelle :
- Ri, R2 et R3 sont choisis, indépendamment les uns des autres, parmi les atomes d'halogène, les groupements alkoxy en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, les groupements alkyles en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, avec au moins l'un des Ri, R2 et R3 étant un atome d'halogène ou un groupement alkoxy en Ci à C4 linéaire ou ramifié, en particulier un groupement méthoxy ou éthoxy, de préférence Ri, R2 et R3 sont tous les trois choisis parmi les atomes d'halogènes et les groupements alkoxy en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, en particulier les groupements méthoxy et éthoxy ;
- R est une chaîne alkyle, linéaire ou ramifiée, de 1 à 100 atomes de carbone, comportant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, en particulier choisi parmi O, N et S, et éventuellement un ou plusieurs groupements aryles ; et
- F est une fonction chimique inerte vis-à-vis de ladite matrice liquide ionique et des fonctions hydroxyles de ladite surface, et susceptible d'interagir ou réagir avec une molécule chimique, biochimique ou biologique. F peut éventuellement être protégée par un groupement protecteur labile.
Selon une autre variante de réalisation, la ou lesdites molécule(s) réactive(s) est/sont choisie(s) parmi les dérivés d'acide phosphonique de formule (II) suivante :
(R4)(R5)P(0)-R-F (II),
dans laquelle :
- R4 et R5 sont choisis, indépendamment l'un de l'autre, parmi les groupements alkoxy en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, en particulier parmi les groupements éthoxy et méthoxy ; ou
R4 et R5 représentent tous les deux un groupement hydroxyl ; ou
R4 et R5 représentent tous les deux un groupement -0"M+, dans lequel M représente le sodium, le potassium ou un groupement ammonium ; - R est une chaîne alkyle, linéaire ou ramifiée, de 1 à 100 atomes de carbone, comportant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, en particulier choisi parmi O, N et S, et éventuellement un ou plusieurs groupements aryles ; et
- F est une fonction chimique inerte vis-à-vis de ladite matrice liquide ionique et desdites fonctions hydroxyles de la surface, et susceptible d'interagir ou réagir avec une molécule chimique, biochimique ou biologique. F peut éventuellement être protégée par un groupement protecteur labile.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, dans le cas de la mise en œuvre d'une réaction de phophatation, la ou lesdites molécule(s) réactive(s) est/sont avantageusement des dérivés d'un sel d'acide phosphonique, en particulier de formule (II) précitée, dans laquelle R4 et R5 représentent tous les deux un groupement -0"M+, dans lequel M représente le sodium, le potassium ou un groupement ammonium, notamment le sodium.
Ces dérivés de sels d'acide phosphonique sont particulièrement avantageux au regard de leur stabilité lors de la mise en œuvre du procédé de l'invention et de leur compatibilité plus grande avec la fonction F.
Selon un mode de réalisation particulier, la fonction F dans les formules (I) et (I) précitées peut être choisie parmi des fonctions chimiques électrophiles, en particulier des fonctions carbonylées telles que par exemple des fonctions acide carboxylique, esters activés, chlorure d'acyle, cétone, aldéhyde, des fonctions halogénées, des fonctions insaturées telles que par exemple des fonctions double, triple liaison, maléimide ; des fonctions chimiques nucléophiles, en particulier les aminés, les hydroxyles, les thiols, les oxy-amines, les azotures, les hydrazides ; et des fonctions chimiques inertes en particulier les alkyles et les aryles.
A titre d'exemples de molécule réactive selon l'invention, apte à interagir avec une fonction hydroxyle, on peut citer le 5,6-époxyhéxyltriéthoxysilane et l'acide 6- phosphonohexanoïque.
Bien entendu, la nature de la molécule réactive mise en œuvre, en particulier du motif réactionnel annexe qu'elle comprend éventuellement, est choisie au regard de l'application envisagée pour la surface fonctionnalisée obtenue à l'issue du procédé de l'invention. FONCTIONNALISATION DE LA SURFACE
Comme précisé précédemment, le procédé de l'invention comprend la mise en contact de tout ou partie(s) de la surface à fonctionnaliser, avec une matrice liquide ionique, en particulier telle que décrite précédemment, contenant au moins une molécule réactive telle que décrite précédemment.
Plusieurs variantes de mise en œuvre du procédé de l'invention sont envisageables.
Ainsi, selon une première variante de réalisation, l'étape (2) peut comprendre, consécutivement, (a) la mise en contact de tout ou partie(s) de ladite surface, en particulier d'une ou plusieurs zones ponctuelles de ladite surface, avec une matrice liquide ionique dénuée de molécule réactive, et (b) l'ajout de la ou desdites molécule(s) réactive(s) au sein de ladite matrice liquide ionique.
Selon une autre variante de réalisation, le mélange d'une matrice liquide ionique dénuée de molécule réactive et de la ou desdites molécule(s) réactive(s) peut être formé préalablement à la mise en œuvre de l'étape (2).
La fonctionnalisation réalisée selon le procédé de l'invention peut être opérée sur tout ou partie(s) de la surface à fonctionnaliser.
De fait, selon un premier mode de réalisation particulier, la fonctionnalisation peut être opérée sur la totalité de ladite surface. Dans le cadre de ce mode de réalisation, l'étape (2) peut alors comprendre la mise en contact de l'ensemble de ladite surface avec ladite matrice liquide ionique, en particulier, par immersion de ladite surface, voire dudit substrat, dans la matrice liquide ionique.
Comme présenté précédemment, la surface à fonctionnaliser peut être immergée dans une matrice liquide ionique dépourvue de molécule réactive, la ou lesdites molécules réactives étant ensuite introduites au sein de la matrice liquide ionique.
Alternativement, la surface à fonctionnaliser peut être immergée dans une matrice liquide ionique comprenant déjà la ou lesdites molécules réactives.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le procédé de l'invention permet, de manière avantageuse, une fonctionnalisation localisée. La mise en contact avec ladite matrice liquide ionique dans l'étape (2) peut être ainsi limitée à une ou plusieurs zones ponctuelles de ladite surface.
Plus particulièrement, la mise en contact localisée peut être réalisée via le dépôt de gouttes de ladite matrice liquide ionique, sur une ou plusieurs zones déterminées de la surface.
On entend par « goutte » tout volume de liquide ionique inférieur à 20 μί. De telles gouttes peuvent être déposées à la surface dudit substrat à l'aide de techniques connues par l'homme du métier. Par exemple, la goutte peut être formée à l'aide d'un robot de dispense, d'une pipette manuelle, d'un outil de sérigraphie.
Selon une variante de réalisation, une goutte d'une matrice liquide ionique peut être déposée à la surface de chacune des zones à fonctionnaliser, puis, la ou lesdites molécule(s) réactive(s) est/sont ensuite introduite(s) dans la goutte, par exemple, à l'aide d'une seringue, d'un robot de dispense, d'une pipette manuelle, etc..
Alternativement, la mise en contact localisée consiste en le dépôt de gouttes de la matrice liquide ionique comprenant déjà la ou lesdites molécules réactives.
Selon un mode de réalisation particulier, l'étape (2) met en œuvre deux molécules réactives distinctes formulées respectivement au sein de deux matrices ioniques distinctes, chacune des deux matrices étant déposée sous forme de gouttes en surface d'au moins deux zones ponctuelles distinctes de ladite surface. Bien entendu, le procédé de l'invention peut mettre en œuvre plus de deux molécules réactives différentes, au regard de la fonctionnalisation souhaitée.
Le procédé de l'invention peut ainsi permettre de réaliser aisément plusieurs fonctionnalisations différentes en surface d'un substrat donnée, sans nécessiter de techniques complexes telles que des techniques de masquage de zones.
Selon un mode de réalisation particulier, l'étape (2) est effectuée à température ambiante, c'est-à-dire de 20 à 25 °C.
Selon un autre mode de réalisation, l'interaction en étape (2) entre la fonction réactive de ladite molécule et une fonction hydroxyle de la surface peut être assistée thermiquement, par exemple à l'aide d'un apport thermique type bain-marie ou de micro- ondes ou d'ultra-sons, photochimiquement, électrochimiquement ou biochimiquement, par exemple à l'aide d'une enzyme.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, l'interaction en étape (2) entre la fonction réactive de ladite molécule et une fonction hydroxyle de la surface est assistée thermiquement à l'aide de micro-ondes, plus particulièrement par exposition de ladite surface traitée à une température supérieure ou égale à 20 °C, notamment allant de 30 à 200 °C.
La durée de mise en contact de la matrice liquide ionique avec ladite surface, à température ambiante ou sous exposition à une température supérieure ou égale à 20 °C, également appelée « temps d'incubation », peut aller de quelques minutes à 24 heures, par exemple de 10 minutes à 16 heures.
A l'issue de l'étape (2) du procédé de l'invention, peuvent être opérées une ou plusieurs étapes d'élimination de la matrice liquide ionique, de lavage de la surface fonctionnalisée et/ou de séchage de la surface fonctionnalisée.
Par exemple, la surface traitée peut être lavée avec une solution d'éthanol, puis éventuellement soumise aux ultra-sons dans une solution d'éthanol. L'étape de lavage peut être suivie d'un séchage sous azote, éventuellement suivi d'une étape de chauffage dans une étuve, en particulier à une température de 100 à 150 °C, notamment pendant une durée de 1 à 4 heures.
Le procédé de l'invention conduit au greffage covalent d'une ou plusieurs molécules réactives sur ledit substrat.
De telles surfaces fonctionnalisées, localement ou non, peuvent être mises en œuvre dans de multiples applications, au regard de la ou desdites molécule(s) réactive(s) greffée(s).
Comme vu précédemment, la ou lesdites molécules réactives peuvent comprendre en outre un ou plusieurs motifs réactionnels annexes, non réactif vis-à-vis desdites fonctions hydroxyles de la surface et non réactif vis-à-vis de ladite matrice liquide ionique, comme par exemple, une fonction F telle que portée par les molécules de formule (I) et (II) décrites précédemment. Dans le cas où le(s) motif(s) réactionne l(s) est/sont protégé(s) par un groupement protecteur tel qu'évoqué précédemment, peuvent être opérées à l'issue de l'étape (2) du procédé de l'invention, ou à l'issue des éventuelles étapes évoquées précédemment d'élimination de la matrice ionique, de lavage et/ou de séchage, une ou plusieurs étapes visant à déprotéger ces motifs réactionnels.
Les substrats ainsi fonctionnalisés à l'issue du procédé de l'invention peuvent trouver de multiples applications.
Selon une première variante de réalisation, les motifs réactionnels présents à la surface dudit substrat à l'issue du procédé de l'invention, peuvent être utilisés tels quels, sans modification ultérieure autre qu'une éventuelle déprotection. A titre d'exemple, le procédé peut permettre la fonctionnalisation de billes de silice par des silanes porteurs de motifs réactionnels figurant des groupements hydrophobes, en particulier des longues chaînes hydrocarbonées hydrophobes, par exemple des groupements octadécyle (C18). Ces billes de silice, présentant une surface hydrophobe, peuvent être mises en œuvre comme phase stationnaire pour une chromatographie en phase inverse. On peut également fonctionnaliser des surfaces de paroi de microsystèmes séparatifs (dits encore « lab on chip » en anglais) ou de lame de verre.
Selon une autre variante réalisation, les motifs réactionnels peuvent être modifiés ultérieurement, par exemple par réaction ou interaction avec une molécule chimique, biochimique ou biologique. On parle de réactions chimiques, biochimiques ou biologiques « sur support ». A titre d'exemple, la surface traitée peut présenter, à l'issue du procédé de l'invention, des motifs réactionnels apportés par les molécules greffées, propices au greffage ultérieur d'éléments biologiques, par exemple des acides nucléiques, protéines, sucres, etc.. Il est par exemple particulièrement intéressant de disposer de substrats présentant des molécules bioactives greffées leur conférant des propriétés spécifiques, telles que des propriétés cytotoxiques, notamment antibiotiques, bactéricides, virucides et/ou fongicides. De tels substrats traités en surface trouvent de multiples applications, notamment dans le domaine médical ou diagnostic, par exemple pour les surfaces d'appareils médicaux de traitement ex vivo ou in vivo d'organes, dans le domaine de Pagro-alimentaire, par exemple pour la décontamination de fluides, etc.
Une fonctionnalisation localisée par différentes molécules selon le procédé de l'invention peut permettre de réaliser des captures sélectives sur différentes zones du substrat, de différentes molécules, au regard de leur aptitude à interagir avec les différents motifs réactionnels présents sur chacune des zones fonctionnalisées.
Bien entendu, toute autre application connue pour des surfaces fonctionnalisées selon l'invention peut être envisagée.
L'invention va maintenant être décrite au moyen des exemples et figures suivants.
Ces exemples sont bien entendu donnés à titre illustratif et non limitatif de l'invention.
FIGURES
Figure 1 : représentation schématique des quatre zones de travail définies à l'aide d'un séparateur Geneframe, de la surface des substrats mis en œuvre dans les exemples.
Figure 2 : images obtenues par détection de la fluorescence des surfaces d'un substrat d'oxyde de silicium fonctionnalisé selon l'exemple 1 en zone n°l par silanisation en milieu liquide ionique à 80 °C, et du substrat de référence fonctionnalisé par silanisation dans le toluène.
Figure 3 : images par détection de la fluorescence des zones de travail n° 1 des substrats préparés selon l'exemple 2, fonctionnalisés en zone n°l par silanisation à 80 °C dans différents liquides ioniques.
Figure 4 : images par détection de la fluorescence des substrats préparés selon l'exemple 3, fonctionnalisés en zone n°l par silanisation opérée à température ambiante (20 °C) dans différents liquides ioniques.
Figure 5 : images par détection de la fluorescence des zones de travail n° 1 des substrats, préparés selon l'exemple 4, fonctionnalisés par silanisation opérée à température 20 °C ou à 80 °C, et pour des temps d'incubation fixés à 2 heures ou à 16 heures dans le toluène, solvant de référence, et dans le liquide ionique [EMIM] [NTf2] (L2).
Figure 6 : image par détection de la fluorescence d'un substrat, préparé selon l'exemple 5, fonctionnalisé localement, par silanisation à température ambiante dans le liquide ionique [EMIM] [NTf2] (L2).
Figure 7 : images par détection de la fluorescence de substrats d'oxyde métallique, fonctionnalisés selon l'exemple 6 par phosphatation dans un mélange eau/DMSO (substrat 1) et dans le liquide ionique [BMIM] [BF4] (substrat 3).
EXEMPLES
Exemple 1
Comparaison de la fonctionnalisation par silanisation d'un substrat d'oxyde de silicium, en milieu liquide ionique à 80 °C et en milieu toluène i- Fonctionnalisation en surface des substrats
Un procédé conforme à l'invention de silanisation d'un substrat d'oxyde de silicium dans un liquide ionique est comparé à un procédé de référence de silanisation dans le toluène, comme décrit par exemple dans le brevet N° FR 2 818 662.
Réhydratation du substrat de SiO?
Deux substrats de silicium (2,5 cm x 2,5 cm), recouverts d'une couche d'oxyde par oxydation thermique (épaisseur de 100 nm), sont immergés pendant 30 minutes sous ultrasons, dans une solution hydro-alcoolique (40 % eau/60 % EtOH v/v) de soude (0,1 M). Après rinçage avec de l'eau déionisée, les substrats sont séchés sous flux d'azote puis étuvés à 80 °C pendant 15 minutes.
Cette étape de réhydratation permet de générer des fonctions silanol à la surface du substrat.
Fonctionnalisation par silanisation
Le premier substrat ainsi réhydraté est séparé en quatre zones distinctes à l'aide d'un séparateur Geneframe définissant ainsi quatre zones de travail, tel que représenté en Figure 1.
Le second substrat est utilisé tel qu'obtenu après réhydratation. Premier substrat
Dans la lere zone de travail, une solution de liquide ionique l-éthyl-3-méthyl imidazolium bis-(trif uorométhane sulfonamidure) [EMIM][NTf2] contenant 20 mM de molécule réactive 5,6-époxyhéxyltriéthoxysilane est dispensée à l'aide d'une pipette manuelle ; la zone est ensuite recouverte à l'aide d'un capot pour créer un étalement uniforme de la solution en surface. Dans la 2eme zone de travail, une solution de liquide ionique l-éthyl-3-méthyl imidazolium bis-(trifluorométhane sulfonamidure) [EMIM][NTf2] contenant 20 mM de l,2-époxy-5-hexène est dispensée et la zone recouverte à l'aide d'un capot.
Dans la 3eme zone, seul le liquide ionique est dispensé et la zone recouverte d'un capot.
Dans la 4eme zone, aucune solution n'est dispensée. Second substrat
Le second substrat, servant de référence, est totalement immergé dans une solution de 5,6-époxyhéxyltriéthoxysilane à 20 mM dans le toluène en présence de la triéthylamine (0,05 % en volume du toluène).
Les deux substrats sont ensuite incubés à 80 °C pendant 15 heures. Après incubation, les substrats sont lavés avec une solution d'éthanol 95 % et soumis aux ultrasons pendant 15 minutes dans une solution d'éthanol.
Après séchage sous azote, les substrats sont placés dans une étuve chauffée à 110 °C pendant 3 heures. ii- Caractérisation par greffage d'un acide nucléique
La comparaison des substrats fonctionnalisés est réalisée en comparant les spots d'hybridation entre fragments d'ADN obtenus après greffage d'une sonde oligonucléotidique sur la fonction portée par les silanes, suivi d'une hybridation avec un oligonucléotide cible porteur d'un fluorophore.
Modification des fonctions époxyde portées par les molécules silane greffées sur les substrats
Les deux substrats sont immergés dans une solution d'acide sulfurique 0,2 M pendant 2 heures sous agitation afin d'hydrolyser la fonction époxyde en diols, puis lavés abondamment à l'eau et séchés sous flux d'azote.
Les substrats sont ensuite incubés dans une solution aqueuse de périodate de sodium (0,1 M) pendant 1 heure sous agitation afin d'obtenir des fonctions aldéhydes. Immobilisation des sondes
Après lavage abondant à l'eau désionisée et séchage, une solution tamponnée de Na2HP04 à 0,3 M contenant des oligonucléotides aminés dits sondes (5' NH2-TTTTT GAT AAA CCC ACT CTA-3') à la concentration de 10 μΜ est dispensée manuellement à l'aide d'une pipette Gilson sous forme de spots (pavés de 4 x 4 spots) sur les substrats précédemment fonctionnalisés. Après incubation 12 heures à l'air libre et à température ambiante, les fonctions imines formées par réaction entre l'aldéhyde et l'aminé sont réduites par immersion des substrats dans une solution aqueuse de borohydrure de sodium (0,1 M) pendant 1 heure. Les substrats sont ensuite lavés et séchés sous flux d'azote.
Détection par fluorescence des sondes oligonucléotides
Hybridation avec un oligonucléotide cible porteur d'un fluorophore
Une solution contenant la cible complémentaire fluorescente (CY3) dans le tampon d'hybridation commercial « Hyb buffer » de Sigma Aldrich à une concentration de 0,1 μΜ est appliquée sur la surface des deux substrats recouverte d'un capot et l'ensemble est ensuite mis à l'étuve à 37 °C durant 1 heure.
Les deux substrats sont ensuite lavés au tampon citrate de sodium à 0,2 X, puis séchés avant détection de la fluorescence (Genomic Solutions™ GeneTac™ LS IV
(Emission Cy3 : 570 nm: Excitation Cy3: 550 nm ; en unité Relative Fluorescence Unit (RFU)). Scan : 29 %.
Résultats
Les images obtenues par détection de la fluorescence, présentées en figure 2, ci-dessous, montrent que les sondes, et donc les molécules silane, ne se sont greffées que dans la zone de travail n°l ainsi que sur le substrat de référence. De plus, les intensités lumineuses obtenues sont du même ordre de grandeur dans le cas de la silanisation en milieu liquide ionique selon le procédé de l'invention, et dans le toluène, ce qui prouve que la silanisation est aussi efficace selon les deux procédés. Exemple 2
Fonctionnalisation par silanisation d'un substrat d'oxyde de silicium dans différents matrices liquides ioniques à 80 °C, et caractérisation par greffage d'un acide nucléique
D'autres substrats fonctionnalisés selon un procédé conforme à l'invention ont été préparés, selon le protocole mis en œuvre pour le premier substrat décrit dans l'exemple 1 précédent.
Les liquides ioniques utilisés sont les suivants :
Ll : 1-butyl-l-méthylpyrrolidinium bis-(trifluorométhane sulfonamidure) [BMP][NTf2] ;
L4 : triméthylbutylammonium bis-(trifluorométhane sulfonamidure) [TMBA][NTf2] ;
L5 : l-butyl-3-méthylimidazolium hexafluorophosphate [BMIMJfPFô] ;
L6 : l-butyl-3-methylimidazolium tétrafluoroborate [BMIM][BF4] et L7 : l-éthyl-3-méthyl imidazolium (trifluorométhane sulfonate) [EMIM][TfO].
La caractérisation des fonctionnalisations réalisées des différents substrats est opérée selon le point ii- de l'exemple 1. Résultats
Quelques images finales (c'est-à-dire après hybridation et détection par fluorescence) des zones de travail n° l des substrats obtenus sont présentées en figure 3 (Scan : 29 %).
L'ensemble des liquides ioniques mis en œuvre dans un procédé conforme à l'invention permet d'obtenir une fonctionnalisation de surface efficace. On note que l'intensité des spots obtenus est la plus élevée dans le cas d'un liquide ionique comportant un cation l-éthyl-3-méthyl imidazolium. Exemple 3
Comparaison de la fonctionnalisation par silamsation d'un substrat d'oxyde de silicium, en milieu liquide ionique à température ambiante et milieu toluène
Un procédé conforme à l'invention de silanisation d'un substrat d'oxyde de silicium dans un liquide ionique est comparé à un procédé de référence de silanisation dans le toluène, comme décrit par exemple dans le brevet N° FR 2 818 662.
La comparaison des deux protocoles est réalisée suivant le protocole mis en œuvre au point ii- de l'exemple 1.
Les mêmes protocoles de silanisation de l'exemple 1 et les mêmes liquides ioniques de l'exemple 2 ont été utilisés, hormis le fait que la réaction de silanisation a été opérée à température ambiante (20 °C), et non pas à 80 °C.
Les résultats obtenus montrent que les sondes ne se sont greffées que dans les zones de travail n°l des différents substrats traités, ainsi que sur le substrat de référence.
De plus, les intensités lumineuses sont du même ordre de grandeur dans le cas de la silanisation en milieu liquide ionique et dans le toluène, ce qui prouve que la silanisation est aussi efficace selon les deux procédés.
Ces résultats montrent que la silanisation selon le procédé de l'invention peut se faire aussi bien à 80 °C (exemples 1 et 2) qu'à température ambiante dans les liquides ioniques utilisés.
On note que l'intensité des spots obtenus est plus élevée dans le cas d'un liquide ionique comportant un cation l-éthyl-3-méthyl imidazolium.
Certaines images obtenues par détection de la fluorescence sont présentées en figure 4 ci-dessous.
Exemple 4
Evaluation de la cinétique de silanisation à température ambiante et à 80 °C Les inventeurs ont évalué l'impact du milieu solvant utilisé sur la cinétique de la réaction de silanisation. Les mêmes protocoles que ceux mis en œuvre dans les exemples précédents ont été utilisés, la réaction de silanisation étant réalisée, soit dans le toluène, solvant de référence, soit dans le liquide ionique ([EMIM] [NTf2] (L2)), à température ambiante (20 °C) ou à 80 °C. Les temps d'incubation à 20 °C ou à 80 °C, sont fixés à 2 heures ou à 16 heures.
Les résultats sont présentés en figure 5 ci-dessous. Les scans ont été effectués à une puissance de 29 %.
Aucune différence notable n'est observée pour une fonctionnalisation réalisée dans le toluène et celle réalisée selon l'invention dans le liquide ionique, entre les différentes durées d'incubation et à des températures différentes.
Exemple 5
Fonctionnalisation localisée d'un substrat d'oxyde de silicium en milieu liquide ionique, et caractérisation par greffage d'un acide nucléique i- Fonctionnalisation en surface des substrats
Réhydratation du substrat de SiO?
Un substrat de silicium (2,5 cm x 2,5 cm) recouvert d'une couche d'oxyde thermique (100 nm) est immergé pendant 30 minutes sous ultrasons, dans une solution hydro-alcoolique (40 % eau / 60 % EtOH v/v) de soude (0,1 M) Après rinçage avec de l'eau déionisée, le substrat est séché sous flux d'azote puis étuvé à 80 °C pendant 15 minutes.
Fonctionnalisation par silanisation
Une solution de liquide ionique l-éthyl-3-méthyl imidazolium bis-(trifluorométhane sulfonamidure) [EMIM][NTf2] (L2) contenant 20 mM de 5,6-époxyhéxyltriéthoxysilane est dispensée à l'aide d'une micropipette (0,6 μί) sous forme de spots sur la surface du substrat réhydraté.
Le substrat est ensuite abandonné pendant 15 heures à température ambiante. Le substrat est ensuite lavé avec une solution d'éthanol 95 % et soumis aux ultra-sons pendant 15 minutes dans une solution d'éthanol. Après séchage sous azote, une réticulation est réalisée par chauffage à 110 °C dans une étuve pendant 3 heures. ii- Caractérisation par greffage d'un acide nucléique
Modification des fonctions époxyde portées par les molécules silane greffées sur les substrats
Le substrat est ensuite immergé dans une solution d'acide sulfurique 0,2 M pendant 2 heures sous agitation afin d'hydrolyser la fonction époxyde en diols puis lavé abondamment à l'eau et séché sous flux d'azote.
Le substrat est ensuite incubé dans une solution aqueuse de périodate de sodium (0,1 M) pendant 1 heure sous agitation afin d'obtenir des fonctions aldéhydes.
Immobilisation des sondes
Après lavage abondant à l'eau désionisée et séchage, une solution tamponnée de Na2HP04 à 0,3M contenant des oligonucléotides aminés dits sondes (5' NH2-TTTTT GAT AAA CCC ACT CTA-3') à la concentration de 10 μΜ est dispensée à l'aide d'une micropipette sous forme de spots, sur les mêmes zones que celles du dépôt précédent de la solution L2/silane. Après incubation 12 heures à l'air libre et à température ambiante, les fonctions imines formées par réaction entre l'aldéhyde et l'aminé sont réduites par immersion du substrat dans une solution aqueuse de borohydrure de sodium (0,1 M) pendant 1 heure. Le substrat est ensuite lavé et séché sous flux d'azote.
Détection par fluorescence des sondes oligonucléotides
Hybridation avec un oligonucléotide porteur d'un fluorophore
Une solution contenant la cible complémentaire fluorescente (CY3) dans le tampon d'hybridation commercial « Hyb buffer » de Sigma Aldrich à une concentration de 0,1 μΜ est appliquée sur toute la surface du substrat recouverte d'un capot et l'ensemble est ensuite mis à l'étuve à 37 °C durant 1 heure. Le substrat est ensuite lavé au tampon citrate de sodium à 0,2 X puis séché avant détection de la fluorescence (genomic SolutionsTM GeneTacTM LS IV (Emission Cy3: 570 nm: Excitation Cy3: 550 nm). Scan : 29 %. Résultats
L'image obtenue par détection de la fluorescence présentée en figure 6 montre que les sondes, et donc les molécules silane, se sont bien greffées localement dans les zones du dépôt de la solution L2/silane.
Exemple 6
Comparaison de la fonctionnalisation par greffage d'un acide phosphonique, d'un substrat d'oxyde métallique (oxyde d'indium et d'étain ITO), en milieu liquide ionique et en milieu eau/Diméthylsulfoxyde (DMSO) i- Fonctionnalisation en surface des substrats
Dans cet exemple, la chimie de surface utilisée pour coupler la molécule sonde, présente une fonction acide carboxylique en surface grâce au greffage d'un acide phosphonique (l'acide 6-phosphonohexanoïque) en surface du substrat ITO. L'étape d'immobilisation de la molécule sonde est réalisée par l'intermédiaire de la réaction de couplage dit « peptidique » entre la fonction acide carboxylique en surface et la fonction aminé portée par la molécule sonde.
Réhydratation des substrats ITO
Quatre substrats de verre (1 cm x 1 cm), recouverts d'une couche d'ITO
(épaisseur de 100 nm), sont immergés pendant 30 minutes sous ultrasons, dans une solution hydro-alcoolique (40 % eau/60 % EtOH v/v) de soude (0,1 M). Après rinçage avec de l'eau déionisée, les substrats sont séchés sous flux d'azote. Fonctionnalisation de ΓΙΤΟ par greffage de l'acide phosphonique dans l'eau/DMSO et son contrôle négatif
Le premier substrat ainsi réhydraté est immergé dans une solution d'acide phosphonique (l'acide 6-phosphonohexanoïque) dans un mélange eau/DMSO (v/v : 50/50) à la concentration de 5 mM.
Le second substrat ainsi réhydraté est immergé dans un mélange eau/DMSO
(v/v : 50/50), servant de contrôle négatif, puisque dépourvu de l'acide phosphonique. Fonctionnalisation de ΓΙΤΟ par greffage de l'acide phosphonique dans un liquide ionique (L6 : l-butyl-3-methylimidazolium tétrafluoroborate BMIMl BF^] ) et son contrôle négatif
Le troisième substrat ainsi réhydraté est recouvert à l'aide d'un capot d'une solution de l'acide phosphonique (l'acide 6-phosphonohexanoïque) dans le liquide ionique L6 à la concentration de 5 mM.
Enfin, le quatrième substrat ainsi réhydraté est recouvert à l'aide d'un capot, du liquide ionique L6, servant de contrôle négatif, puisque dépourvu de l'acide phosphonique.
Les quatre substrats sont ensuite laissés à température ambiante pendant 15 heures. Après incubation, les substrats sont lavés avec une solution d'éthanol 95 %, puis à l'eau, et soumis aux ultra-sons pendant 15 minutes dans une solution d'éthanol. ii- Caractérisation par greffage d'un acide nucléique
Comme précédemment, la comparaison des substrats fonctionnalisés est réalisée en comparant les spots d'hybridation entre fragments d'ADN obtenus après greffage d'une sonde oligonucléotidique sur la fonction portée par l'acide phosphonique, suivi d'une hybridation avec un oligonucléotide cible porteur d'un fluorophore.
Immobilisation des sondes
Une solution d'oligonucléotides aminés dits sondes (5' NH2-TTTTT GAT AAA CCC ACT CTA-3') à la concentration de 10 μΜ dans l'eau en présence d'un agent de couplage peptidique (EDC : l-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide) est dispensée manuellement à l'aide d'une pipette Gilson sous forme de spots (3 spots pour les substrats fonctionnalisés et 2 pour les contrôles négatifs) sur les quatre substrats précédemment fonctionnalisés. Après incubation de 2 heures à température ambiante, les substrats sont ensuite lavés à l'eau et séchés sous flux d'azote.
Détection par fluorescence des sondes oligonucléotides
Hybridation avec un oligonucléotide cible porteur d'un fluorophore Une solution contenant la cible complémentaire fluorescente (CY3) dans le tampon d'hybridation commercial « Hyb buffer » de Sigma Aldrich à une concentration de 0, 1 μΜ est appliquée sur la surface des quatre substrats recouverte d'un capot et l'ensemble est ensuite mis à l'étuve à 37 °C durant 1 heure.
Les substrats sont ensuite lavés au tampon citrate de sodium à 0,2 X, puis séchés avant détection de la fluorescence (Genomic Solutions™ GeneTac™ LS IV (Emission Cy3 : 570 nm: Excitation Cy3 : 550 nm ; en unité Relative Fluorescence Unit (RFU)). Scan : 42 %.
Résultats
Les images obtenues par détection de la fluorescence, présentées en figure 7, ci-dessous, montrent que les sondes, et donc les molécules d'acide phosphonique (l'acide 6-phosphonohexanoïque), ne se sont greffées que sur les substrats 1 et 3. De plus, les intensités lumineuses obtenues sur ces deux substrats, sont du même ordre de grandeur dans le cas du greffage de l'acide phosphonique en milieu liquide ionique selon le procédé de l'invention, et dans le mélange eau/DMSO, ce qui prouve que le greffage de l'acide phosphonique sur la surface d'oxyde métallique est aussi efficace selon les deux procédés.
Références
[I] J. Sagiv, Journal of the American Chemical Society, 1980, (102: 1), 92-98.
[2] S. A. Paniagua et al, J. Phys. Chem C, 2008, 1 12, 7809-7817; H. Kim et al, Surface Science, 2008, 602, 2382-2388.
[3] Chapitre 3 de "Ionic Liquids in Synthesis", P. Wasserscheid and Tom Welton, Wiley, 2003.
[4] T. Welton, Chemical Review, 1999, 99, 2071-2083.
[5] M.J. Muldoon et al, Journal of the Chemical Society, 2001 , 2, 433-435.
[6] J. F. Liu et al, Analytical Chemistry, 2003, 75, (21), 5870-5876.
[7] M. Mellah et al, Electrochemistry Communications, 2003, 5, (7), 591-593.
[8] P. Actis et al, 2008, 24, 6327-6333 ; J. Ghilane et al , Electrochemistry Communications, 2008, 1060-1063.
[9] C. Liang et al, J. Org. Chem., 2006, 586.
[10] M.H. Valkenberg et al, Green Chemistry, 2002, 4, 88-93.
[I I] S. K. Nett et al, Macromol. Chem. Phys., 2009, 210, 971-976.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé utile pour la fonctionnalisation en surface d'un substrat, comprenant au moins les étapes consistant en :
(1) disposer d'un substrat présentant au moins une surface comportant au moins une fonction hydroxyle ; et
(2) mettre en contact une ou plusieurs zones ponctuelles de ladite surface avec une matrice liquide ionique contenant au moins une molécule dite réactive, ladite molécule étant porteuse d'au moins une fonction réactive apte à interagir avec au moins une fonction hydroxyle de la surface,
ladite mise en contact étant réalisée dans des conditions propices à l'établissement d'une liaison covalente entre ladite fonction réactive de ladite molécule et une fonction hydroxyle de ladite surface.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite molécule réactive comprend en outre au moins un motif réactionnel annexe, non réactif vis-à-vis de la ou desdites fonction(s) hydroxyle(s) de la surface et vis-à-vis de ladite matrice liquide ionique.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'étape (2) comprend consécutivement (a) la mise en contact d'une ou plusieurs zones ponctuelles de ladite surface avec une matrice liquide ionique dénuée de molécule réactive, et (b) l'ajout de la ou desdites molécule(s) réactive(s) au sein de la matrice liquide ionique.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le mélange d'une matrice liquide ionique dénuée de molécule réactive et de la ou desdites molécule(s) réactive(s) est formé préalablement à la mise en œuvre de l'étape (2).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mise en contact avec ladite matrice liquide ionique dans l'étape (2) est réalisée via le dépôt de gouttes de ladite matrice liquide ionique, en particulier de volume inférieur à 20 μί, localisées à la surface de chacune des zones ponctuelles.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (2) met en œuvre deux molécules réactives distinctes formulées respectivement au sein de deux matrices ioniques distinctes, chacune des deux matrices étant déposée sous forme de gouttes en surface d'au moins deux zones ponctuelles distinctes de ladite surface.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite surface est une surface inorganique, en particulier d'oxyde de silicium ou d'oxyde métallique.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit substrat est un substrat inorganique, en particulier un substrat d'oxyde métallique ou d'oxyde de silicium.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite surface est une surface organique, en particulier de type polymère organique.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou lesdites fonction(s) hydroxyle(s) est/sont nativement présente(s) sur ladite surface, ou générée(s) préalablement à l'étape (1) par une ou plusieurs étape(s) de traitement de la surface dudit substrat.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'interaction entre la fonction réactive de ladite molécule réactive et une fonction hydroxyle de la surface relève d'une réaction de silanisation ou de phosphatation.
12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la fonction réactive de ladite molécule réactive est figurée par un groupement de formule :
dans laquelle Ri, R2 et R3 sont choisis, indépendamment les uns des autres, parmi les atomes d'halogène, les groupements alkoxy en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, les groupements alkyles en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, avec au moins l'un des Ri, R2 et R3 étant un atome d'halogène ou un groupement alkoxy en Ci à C4 linéaire ou ramifié, en particulier un groupement méthoxy ou éthoxy ;
ou de formule :
(R4)(R5)P(0)- dans laquelle :
- R4 et R5 sont choisis, indépendamment l'un de l'autre, parmi les groupements alkoxy en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, en particulier parmi les groupements éthoxy et méthoxy ; ou
R4 et R5 représentent tous les deux un groupement hydroxyl ; ou R4 et R5 représentent tous les deux un groupement -O'M , dans lequel M représente le sodium, le potassium ou un groupement ammonium.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou lesdites molécule(s) réactive(s) est/sont choisie(s) parmi les dérivés de silane de formule (I) suivante :
dans laquelle :
- Ri, R2 et R3 sont choisis, indépendamment les uns des autres, parmi les atomes d'halogènes, les groupements alkoxy en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, les groupements alkyles en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, avec au moins l'un des Ri, R2 et R3 étant un atome d'halogène ou un groupement alkoxy en Ci à C4 linéaire ou ramifié, en particulier un groupement méthoxy ou éthoxy, de préférence Ri, R2 et R3 sont tous les trois choisis parmi des atomes d'halogène et les groupements alkoxy en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, en particulier les groupements méthoxy et éthoxy ;
- R est une chaîne alkyle, linéaire ou ramifiée, de 1 à 100 atomes de carbone, comportant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, en particulier choisi parmi O, N et S, et éventuellement un ou plusieurs groupements aryles ; et
- F est une fonction chimique inerte vis-à-vis de ladite matrice liquide ionique et de la ou des fonction(s) hydroxyle(s) de ladite surface, et susceptible d'interagir ou réagir avec une molécule chimique, biochimique ou biologique ; F pouvant éventuellement être protégée par un groupement protecteur labile.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou lesdites molécule(s) réactive(s) est/sont choisie(s) parmi les dérivés d'acide phosphonique de formule (II) suivante :
(P )(R5)P(0)-R-F (II),
dans laquelle :
- R4 et R5 sont choisis, indépendamment l'un de l'autre, parmi les groupements alkoxy en Ci à C4 linéaires ou ramifiés, en particulier parmi les groupements éthoxy et méthoxy ; ou
R4 et R5 représentent tous les deux un groupement hydroxyl ; ou
R4 et R5 représentent tous les deux un groupement -0"M+, dans lequel M représente le sodium, le potassium ou un groupement ammonium ; - R est une chaîne alkyle, linéaire ou ramifiée, de 1 à 100 atomes de carbone, comportant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, en particulier choisi parmi O, N et S, et éventuellement un ou plusieurs groupements aryles ; et
- F est une fonction chimique inerte vis-à-vis de ladite matrice liquide ionique et de la ou des fonction(s) hydroxyle(s) de ladite surface, et susceptible d'interagir ou réagir avec une molécule chimique, biochimique ou biologique ; F pouvant éventuellement être protégée par un groupement protecteur labile.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que F est choisie parmi des fonctions chimiques électrophiles, en particulier des fonctions carbonylées telles que par exemple des fonctions acide carboxylique, esters activés, chlorure d'acyle, cétone, aldéhyde, des fonctions halogénées, des fonctions insaturées telles que par exemple des fonctions double, triple liaison, maléimide ; des fonctions chimiques nucléophiles, en particulier les aminés, les hydroxyles, les thiols, les oxy-amines, les azotures, les hydrazides ; et des fonctions chimiques inertes en particulier les alkyles et les aryles.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite matrice liquide ionique comprend un ou plusieurs liquide(s) ionique(s) dont le cation est choisi parmi les cations imidazolium, pyrrolidinium, ammonium, pyridinium, phosphonium et sulfonium, de préférence imidazolium et plus préférentiellement l-éthyl-3-méthyl imidazolium, et en particulier dont l'anion est choisi parmi les anions bis-trifluorométhane sulfonamidure, hexafluorophosphate, tetrafluoroborate et trifluorométhane sulfonate, et plus préférentiellement le bis- trifluorométhane sulfonamidure.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice liquide ionique comprend un ou plusieurs liquide(s) ionique(s) choisi(s) parmi :
- l-éthyl-3-méthyl imidazolium bis-(trifluorométhane sulfonamidure) [EMIM][NTf2] ;
- l-butyl-l-méthylpyrrolidinium bis-(trifluorométhane sulfonamidure) [BMP][NTf2] ;
- triméthylbutylammonium bis-(trifluorométhane sulfonamidure) [TMBA][NTf2] ; - l-butyl-3-méthylimidazolium hexafluorophosphate [BMIM][PF6] ;
- l-butyl-3-méthylimidazolium tétrafluoroborate [BMIM][BF4] ; et
- l-éthyl-3-méthyl imidazolium (trifluorométhane sulfonate) [EMIM] [TfO].
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (2) est effectuée à température ambiante.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que l'interaction en étape (2) entre la fonction réactive de ladite molécule réactive et une fonction hydroxyle de la surface est assistée thermiquement, photochimiquement, électrochimiquement ou biochimiquement, notamment thermiquement à l'aide de microondes, et plus particulièrement par exposition de ladite surface traitée à une température supérieure ou égale à 20 °C, en particulier allant de 30 à 200 °C.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend consécutivement à l'étape (2) au moins une étape d'élimination de la matrice liquide ionique, de lavage de la surface fonctionnalisée et/ou de séchage de la surface fonctionnalisée.
EP12708967.0A 2011-03-04 2012-03-02 Fonctionnalisation en surface d'un substrat en milieu liquide ionique Withdrawn EP2680982A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1151791A FR2972119A1 (fr) 2011-03-04 2011-03-04 Fonctionnalisation en surface d'un substrat en milieu liquide ionique
PCT/IB2012/050995 WO2012120420A1 (fr) 2011-03-04 2012-03-02 Fonctionnalisation en surface d'un substrat en milieu liquide ionique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2680982A1 true EP2680982A1 (fr) 2014-01-08

Family

ID=45833500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP12708967.0A Withdrawn EP2680982A1 (fr) 2011-03-04 2012-03-02 Fonctionnalisation en surface d'un substrat en milieu liquide ionique

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20140046076A1 (fr)
EP (1) EP2680982A1 (fr)
FR (1) FR2972119A1 (fr)
WO (1) WO2012120420A1 (fr)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103833622B (zh) * 2012-11-26 2016-04-20 海洋王照明科技股份有限公司 马来酰亚胺类离子液体及其制备方法和应用
US10611892B2 (en) 2017-04-07 2020-04-07 The Boeing Company Carbon fiber recovery compositions and methods
CN110964052B (zh) * 2019-12-23 2022-08-05 南京和颂材料科技有限公司 含有端基醛基的一类有机功能材料的存储性能
CN111375408B (zh) * 2020-02-15 2022-07-08 中国工程物理研究院材料研究所 一种氧化铱纳米粒子催化剂的制备方法及其应用

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2818662B1 (fr) 2000-12-22 2003-09-19 Commissariat Energie Atomique Procede d'immobilisation de sondes, en particulier pour realiser des puces biologiques
JP2008189856A (ja) * 2007-02-06 2008-08-21 Seiko Epson Corp グラフト重合層の形成方法、電子デバイスおよび電子機器
WO2010135660A2 (fr) * 2009-05-21 2010-11-25 University Of South Florida Sorbants sol-gel médiés par des liquides ioniques
US8795783B2 (en) * 2009-08-31 2014-08-05 The Regents Of The University Of Michigan Preparation of layer-by-layer materials and coatings from ionic liquids

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2012120420A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR2972119A1 (fr) 2012-09-07
WO2012120420A1 (fr) 2012-09-13
US20140046076A1 (en) 2014-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2285923B1 (fr) Procede pour assembler deux surfaces ou une surface avec une molecule d'interet
Huang et al. Controlled silanization using functional silatrane for thin and homogeneous antifouling coatings
EP1141391B1 (fr) Procede de fabrication d'une biopuce et biopuce
EP2680982A1 (fr) Fonctionnalisation en surface d'un substrat en milieu liquide ionique
WO2006018560A1 (fr) Microreacteur goutte
CA2714185A1 (fr) Procede de fonctionnalisation de la paroi d'un pore
EP1551928B1 (fr) Support solide comportant une surface conductrice ou semi-conductrice de l'electricite fonctionnalisee, son procede de preparation et ses utilisations
CA2453303C (fr) Procede de fonctionnalisation de supports solides
EP2408786B1 (fr) Nouveaux composes silanes porteurs d'une chaine carbonee cyclique comprenant une fonction alcyne pour fonctionnaliser des supports solides et immobiliser sur ces supports des molecules biologiques
EP2688963B1 (fr) Procede de preparation d'un film organique a la surface d'un support solide par transfert ou par projection
Vong et al. Site-specific immobilization of DNA in glass microchannels via photolithography
EP2834253B1 (fr) Composés thiol et leur utilisation pour la synthèse d'oligonucléotides modifiés
EP1343801A2 (fr) Procede d'immobilisation de sondes, en particulier pour realiser des puces biologiques
Watterson et al. Influences of non-selective interactions of nucleic acids on response rates of nucleic acid fiber optic biosensors
FR2910006A1 (fr) Procede de preparation d'un film organique a la surface d'un support solide dans des conditions non-electrochimiques, support solide ainsi obtenu et kit de preparation
WO2005113129A1 (fr) Procede sol-gel de fonctionnalisation d'une surface d'un substrat solide
EP2720806B1 (fr) Procédé pour fonctionnaliser une surface avec un objet ou une molécule d'intérêt
EP1248859A1 (fr) Procedes de synthese et d'immobilisation d'acides nucleiques sur un support solide silanise
WO2001053303A1 (fr) Composes organosilicies, leur procede de preparation et leurs utilisations
EP2448684B1 (fr) Fonctionnalisation de surfaces a base de carbone, de silicium et/ou germanium hybrides sp3
WO2007014775A1 (fr) Procede de fonctionnalisation successive d’un substrat et microstructure obtenue par ce procede
kumar Jayakrishnan Amplification-Free Rapid Detection of Specific Oligonucleotides Through Formation of Core-Satellite Nanostructures on Solid Substrates
EP2027133B1 (fr) Nouveaux composes silanes porteurs d'une fonction hydrazone ou diazo pour fonctionnaliser des supports solides et immobiliser sur ces supports des molecules biologiques
WO2017017022A1 (fr) Dispositif pour la fabrication d'un substrat fonctionnalise pour la detection d'au moins un parametre d'un environnement donne
FR2910008A1 (fr) Procede de preparation d'un film organique a la surface d'un support solide dans des conditions non-electrochimiques, support solide ainsi obtenu et kit de preparation

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20131004

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20141001