FR2831275A1

FR2831275A1 - Substrat revetu d'un film organique transparent et procede de fabrication

Info

Publication number: FR2831275A1
Application number: FR0113432A
Authority: FR
Inventors: Francois Breniaux; Christophe Bureau; Patrick Chaton
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-04-25
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: CA2463845A1; EP1440335A1; FR2831275B1; CN1605035A; US20050106566A1; WO2003034101A1; JP2005505782A

Abstract

La présente invention de rapporte à un substrat revêtu d'un film organique transparent, à un procédé de fabrication de ce substrat revêtu du film organique transparent, et à son utilisation.Le substrat revêtu d'un film est caractérisé en ce que le film est un polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes, et en ce que ledit film est associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes.Elle présente une application notamment dans un moyen de détection d'une espèce chimique, par exemple une biopuce, dans un procédé de contrôle qualité, un procédé de certification ou un procédé d'authentification d'un objet.

Description

SUBSTRAT REVETU D'UN FILM ORGANIQUE TRANSPARENT ET
PROCEDE DE FABRICATION
DESCRIPTION Domaine technique
La présente invention se rapporte à un substrat revêtu d'un film organique transparent, à un procédé de fabrication de ce substrat revêtu du film organique transparent, et à son utilisation.

Par film transparent , on entend un film possédant des propriétés optiques de transparence remarquables (absence d'absorption optique, absence de "quenching", etc...) sur au moins un domaine du spectre électromagnétique, et notamment une faible extinction optique ou coefficient k dans le domaine de longueurs d'onde considéré pour la transparence. Ce coefficient d'extinction optique est mesuré par exemple par ellipsométrie spectroscopique ou en spectrophotométrie.

Le substrat peut être un substrat isolant, conducteur ou semi-conducteur de l'électricité. Il constitue le support du film organique transparent, et il est choisi en fonction de l'utilisation ou de la destination du substrat revêtu du film organique transparent conforme à la présente invention.

La présente invention trouve par exemple une application dans le domaine du contrôle qualité, de la certification ou de l'authentification de substrats revêtus de films minces transparents.

En effet, elle permet de prouver la fabrication et/ou l'origine du substrat revêtu du film organique de

la présente invention, dans ou sur lequel on aura pu insérer à dessein un marqueur fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent connu en très faibles quantités. Dans cette application de la présente invention, le substrat est un objet quelconque.

Elle trouve aussi une application, par exemple dans le domaine de la détection de la chimisorption ou de la physisorption sur ou dans le film organique transparent d'espèces chimiques, biochimiques ou biologiques préalablement fonctionnalisées par un marqueur fluorescent phosphorescent ou chimiluminescent, comme, par exemple, dans les procédés de détection par fluorescence des puces à analyse chimique ou biochimique, telles que les puces à ADN.

Dans ce type d'application, le substrat constitue le support des moyens de détection.

Par exemple, dans le cas d'une biopuce, le substrat peut être par exemple un support de silice, d'or ou un composite tel que Au/Si, Au/SiOs ou plus généralement métal/substrat, et le film organique transparent un des moyens moléculaires de fixer les sondes biologiques sur certaines parties de la surface.

Lorsque la biopuce est mise au contact d'une solution d'échantillon à analyser, des appariements ont lieu entre les ADN de l'échantillon et ceux fixés sur le substrat. Cette fixation peut être, par exemple, détectée en ayant préalablement marqué les ADN de l'échantillon avec un marqueur fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent. Conformément à la présente invention, le film est choisi pour être

transparent à la longueur d'onde d'émission du marqueur fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent utilisé, de façon à absorber le moins possible les photons émis par ce marqueur, le rendre détectable à de très basses concentrations en surface du substrat, et minimiser l'interférence avec la mesure. Le rapport signal/bruit et les limites inférieurs de détection des appariements sur la biopuces s'en trouvent ainsi améliorés.

Dans la description qui suit, les références entre crochets renvoient à la liste de références annexée.

Art antérieur
En ce qui concerne l'application biopuces, les documents FR-A-2 787 581 (1998), FR-A-2 787 582 (1998) et US 5 810 989 (1998), décrivent l'électro- copolymérisation sur un substrat de silice de monomères précurseurs de polymères conducteurs, comme le pyrrole, avec des monomères fonctionnalisés par des molécules de reconnaissance, en particulier des oligonucléotides. Cette technique est parmi les plus utilisées actuellement pour la fixation localisée de molécules de reconnaissances sur les plots d'une biopuce.

Dans cette technique, on exploite l'adhésion du film conducteur de polypyrrole sur le substrat de façon à y réaliser la fixation des molécules de reconnaissance.

Comme décrit dans les documents précités, ainsi que dans les documents FR-A-2 784 188 (1998) et FR-A-2 784 189 (1998), la puce ainsi fonctionnalisée

est mise en contact avec une solution échantillon à analyser contenant des molécules cibles susceptibles de venir se coupler avec les molécules de reconnaissance du support.

Afin de détecter sélectivement les plots sur lesquels il existe un couplage entre les molécules de reconnaissance et les molécules cibles, ces dernières peuvent avantageusement être marquées avec une molécule fluorescente, comme par exemple la fluorescéine ou la phycoérythrine qui présente une absorption à 543 nm et une émission à 580 nm, dont la présence peut ensuite être détectée à l'aide d'un dispositif optique adéquat.

Malheureusement, le polypyrrole possède une absorption non négligeable dans le domaine de longueurs d'onde d'émission du marqueur fluorescent utilisé. Cet inconvénient est largement décrit dans la littérature relative à la technique en cause.

En effet, Arwin et al., dans la référence [1], mesurent sur un film de polypyrrole de 22 nm d'épaisseur sur or, un indice d'extinction k = 0,3, pour un indice de réfraction n = 1,45 ; Kim et al.,

dans la référence [2], mesurent une extinction k = 0, 3 et un indice n = 1, 6 X = 632, 8 nm, pour un film de polypyrrole de 47 nm d'épaisseur ; Kim et al., dans la référence [3], mesurent sur un film de polypyrrole de 54 nm à l'état oxydé un indice n = 1,45 pour une extinction k = 0,28, et sur un film de 47 nm à l'état réduit un indice n = 1,6 pour une extinction k = 0,21 ; et Guedon et al., dans la référence [4], mesurent sur un film de polypyrrole sur or et pour des épaisseurs du

film comprises entre 7,5 et 20 nm, un indice n = 1,7 pour une extinction k = 0,3 à 633 nm.

En conséquence, le polypyrrole utilisé pour fixer les molécules de reconnaissance absorbe une large partie du signal de fluorescence des molécules cibles couplées. Il interfère donc avec le mode de détection.

En outre, les molécules cibles et leurs marqueurs étant inclus dans le polypyrrole, en particulier du fait que les molécules de reconnaissance ont été fixées par co-polymérisation, cette absorption parasite relève la valeur de la limite inférieure de détection pouvant être atteinte par ce procédé.

Dans le domaine du diagnostic par exemple, cet inconvénient est très gênant, puisque c'est précisément aux faibles concentrations en molécules cibles, donc aux faibles concentrations surfaciques en marqueurs fluorescents, que la biopuce présente tout son intérêt.

Exposé de l'invention
La présente invention a notamment pour but de fournir un substrat revêtu d'un film mince transparent et un procédé de fabrication de ce substrat revêtu du film qui d'une part répond aux problèmes techniques posés dans l'art antérieur concernant les biopuces, et d'autre part fournit un nouvel outil puissant dans les domaines du contrôle qualité, de la certification et de l'authentification d'objets quelconques.

Le substrat revêtu d'un film de la présente invention est caractérisé en ce que le film est un polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes, et en ce

que ledit film est associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes.

En effet, les inventeurs ont mis en évidence que, de manière inattendue, le caractère de conducteur électrique et la forte extinction optique sont reliés.

Ainsi, selon la présente invention, par transparent , on entend transparent à la longueur d'onde de détection du marqueur utilisé conformément à la présente invention.

Selon un premier mode de réalisation de la présente invention, la gamme de longueur d'onde dans laquelle le polymère isolant doit être transparent selon la présente invention est déterminée en fonction du marqueur utilisé par exemple dans les applications précitées.

En particulier, une fois le marqueur choisi, et donc la longueur d'onde d'émission du marqueur, il est aisé de déterminer la valeur de l'extinction de tel ou tel polymère à la longueur d'onde voulue, par exemple par ellipsométrie spectroscopique ou en spectrophotométrie, et d'examiner s'il est utilisable selon l'invention.

Selon ce premier mode de réalisation de la présente invention, c'est donc le polymère isolant qui est choisi en fonction du marqueur.

Selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention, après avoir choisi un polymère isolant, la gamme de longueur d'onde dans laquelle il est transparent est déterminée, puis en fonction de cette gamme de longueur d'onde, un marqueur émettant dans ladite gamme de transparence du polymère est

sélectionné.

Selon ce deuxième mode de réalisation de la présente invention, c'est donc le marqueur qui est choisi en fonction du polymère.

Selon la présente invention, tous les polymères isolants sont donc susceptibles d'être utilisés en tant que films transparents sur au moins une gamme de longueurs d'onde.

Parmi ceux-ci, on peut citer, à titre d'exemple non limitatif, les polymères, co-polymères vinyliques et leurs mélanges, réticulés ou non réticulés, et notamment les polymères, co-polymères et leurs mélanges, réticulés ou non réticulés, de l'acrylonitrile, du méthacrylonitrile, du méthyl méthacrylate, de l'éthyl méthacrylate, du propyl méthacrylate, du butyl méthacrylate, de l'hydroxyéthyl méthacrylate, de l'hydroxypropyl méthacrylate, du cyano acrylate, de l'acide acrylique, de l'acide méthacrylique, du styrène, du parachloro styrène, de la N-vinyl pyrrolidone, des halogénures de vinyle, du chlorure d'acryloyle, du chlorure de méthacryloyle.

On peut citer aussi, à titre d'exemple non limitatif, les polymères réticulés ou non réticulés choisis parmi les polyacrylamides, les polymères de l'isoprène, de l'éthylène, du propylène, de l'oxyde d'éthylène et des molécules à cycles tendus, de l'acide lactique ou de ses oligomères, des lactones, de l'scaprolactone, de l'acide glycolique, les polyamides, les polyuréthanes, le parylène et les polymères à base parylène substitué, les oligopeptides et les protéines, ainsi que les pré-polymères, macromères ou

téléchéliques basés sur ces polymères, ainsi que les co-polymères et/ou mélanges pouvant être formés à partir des monomères de ces polymères ou de ces polymères eux-mêmes.

Le choix du polymère isolant à utiliser pour l'application considérée, par exemple parmi les polymères isolant précités, peut ensuite être déterminé par des considérations autres que celles strictement reliées aux propriétés optiques du matériau.

Ainsi, selon l'invention, le polymère peut être sélectionné, dans la gamme des polymères utilisables selon l'invention, par exemple parmi un polymère capable d'adhérer sur un substrat, un polymère capable d'être fonctionnalisé, un polymère ayant des propriétés thermo-élastiques, etc.

Parmi les polymères isolants précités, les inventeurs ont porté leur attention plus spécialement sur les polymères vinyliques, du fait qu'ils peuvent facilement être fabriqués par différents types de réactions, par exemple ioniques ou radicalaires, notamment en films minces, et qu'ils peuvent également être obtenus par voie électrochimique, et être électrogreffés sur des surfaces conductrices ou semiconductrices de l'électricité.

Les polymères vinyliques sont obtenus par polymérisation de monomères de formule générique (I) suivante :

dans laquelle Ri, R, F et R4 sont des atomes d'hydrogène ou des groupements organiques de toute nature, par exemple parmi les hydrocarbures choisis par exemple parmi les alcanes, alcènes, alcynes ; par exemple les amides, aldéhydes, cétones, acides carboxyliques, esters, halogénures d'acide, anhydrides, nitriles, amines, thiols, phosphates, les éthers, les aromatiques homo-ou hétéro-cyclique ou tout groupement cyclique comportant ces fonctions, ainsi que tout groupement portant plusieurs de ces fonctions ; ou par polymérisation d'un mélange de différents monomères répondant à la formule (I) ci-dessus.

Dans les exemples non limitatifs de réalisation de la présente invention exposés ci-dessous, les propriétés optiques du polyméthacrylonitrile (PMAN) avec Ri = R2 = H, R3 = CH3 et R4 = CN, et du polyméthylméthacrylate (PMMA) avec Ri = R2 = H, R3 = CH3 et R4 = C (=0) OCH3 ont été examinés. Ces deux monomères peuvent conduire à des polymères isolants électrogreffés sur des surfaces conductrices, par électroréduction en milieu organique aprotique.

Selon l'invention, dans une application particulière, les polymères vinyliques peuvent être greffés, éventuellement de façon sélective et

localisée, sur les surfaces conductrices ou semiconductrices d'un substrat, par électro-greffage de monomères vinyliques, ce qui les rend intéressants comme substituts aux polypyrroles dans une application biopuce.

Ces polymères peuvent être déposés sur tous types de surfaces suivant l'application de la présente invention, par les divers procédés connus de l'homme du métier pour déposer des film minces de polymères, telles que les techniques de revêtement par centrifugation ( spin-coating ) de trempage ( dipping") de vaporisation sous ultra-vide ; de dépôts CVD ; de polymérisation chimique de surface, comme décrit, par exemple, dans les brevets US4421569, US5043226 ou encore US5785791 ; de greffage photochimique de polymères sur surfaces, comme décrit par exemple dans les demandes de brevets WO-A-9908717 et WO-A-9916907 ; de greffage de polymères sous irradiation de particules ou de photons ; de greffage chimique sur une surface d'oxyde ou d'un autre polymère, soit directement, soit via des agents de couplage chimique (tels que les thiols, les silanes... etc. ) ; de dépôts consécutifs à une polymérisation causée par des initiateurs, notamment radicalaires, obtenus in situ par électrochimie ;... etc.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, on peut par exemple obtenir un dépôt de polymère transparent en couche mince en polarisant une surface conductrice ou semi-conductrice dans une solution ou dans un gel contenant notamment des sels de diazonium et des monomères polymérisables par voie

radicalaire.

Selon un mode de réalisation avantageux, de tels films de polymères sont greffés sur la surface du substrat, notamment en films minces, c'est-à-dire avec des épaisseurs inférieures au micromètre, par exemple comprises entre 1 et 100 nm.

D'autres épaisseurs sont possibles dans le cadre de la présente invention telle qu'elle est définie dans les revendications annexées.

Il peut s'agir soit de films de polymères préformés greffés sur la surface par exemple par voie chimique, électrochimique ou encore photochimique, en une ou plusieurs étapes, soit de films construits directement sur la surface à partir de monomères précurseurs, initiés par exemple par voie chimique, électrochimique ou photochimique.

Ce greffage peut être opéré, selon les caractéristiques physico-chimiques du procédé utilisant la présente invention, sur des surfaces isolantes, conductrices ou semi-conductrices de l'électricité.

Selon un mode de réalisation privilégié, des films ultra-minces de polymères transparents peuvent être obtenus sur des surfaces conductrices ou semiconductrices de l'électricité par électro-greffage de monomères vinyliques, par exemple tel que décrit dans la demande de brevet EP-A-038 244.

Selon la présente invention, le marqueur peut être n'importe quel marqueur pourvu qu'il puisse être associé à un polymère organique isolant électrique, conformément à la présente invention, ledit polymère devant être transparent dans au moins la gamme de

longueurs d'ondes d'émission du marqueur.

Par exemple, le marqueur peut être un marqueur fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent.

Il peut s'agir par exemple d'un marqueur choisi parmi la fluorescéine, les fluorescéines substituées telles que la fluorescéine diacetate, les 5-et 6carboxyfluorescéines, les~ 5-et 6-carboxyfluorescéine diacétate, l'ester de succinimidyle des 5-et 6carboxyfluorescéines... etc. ; la rhodamine et les rhodamines substituées ; la coelenterazine et les coelenterazines substituées ; l'aequorine ; la luciférine et les luciférines substituées ; les bromo chloro indoxyl phosphates (BCIP) ; le luminol ; la Nonylacridine orange (NAO) ; le chlorure de 5, 5', 6, 6'-tetrachloro-1, 1', 3, 3'-tetraethyl-benzimidazolyl carbocyanine ; l'iodure de 4- (4ditetradecylaminostyryl)-N-methylpyridinium, le perchlorate de 1, 1'-dioctadecyl-3, 3, 3', 3'-tetramethyl indocarbocyanine, l'hydroxyethanesulfonate de 3, 3'- dihexa decyloxa carbocyanine, le bis- (l, 3-dibarbituric acid)-trimethine oxanol, les sels de tétrazolium, les complexes du calcium, du potassium, l'anthraquinone, l'anthracène, le pyrène, la doxorubicine, la phycoérythrine, les porphyrines, les phtalocyanines et plus généralement les complexes organométalliques, les protéines fluorescentes et en particulier les GFP, Green Fluorescent Proteins (K. F. Sullivan, S. A. Kay, Methods in cell biology : Volume 58 : Green fluorescent proteins , Academic Press, 1999), les sels de minéraux fluorescents (et notamment les sels d'uranium) ainsi que toute molécule possédant un

groupement fluorophore. Un marqueur chimiluminescent est un marqueur qui émet une fluorescence lorsqu'il qu'il est mis en présence d'une autre molécule. Ces marqueurs sont connus de l'homme du métier, il peut s'agir par exemple du couple biotine-avidine couramment utilisé en biologie moléculaire.

La quantité de marqueurs peut être très faible compte tenu du choix du polymère organique isolant électrique associé. Par exemple, le marqueur peut être à une concentration de l'ordre du nano-au jàmolaire, par exemple de 1 nmolaire à 10 M.

Selon l'invention, par marqueur associé , on entend marqueur mélangé au film de polymère organique isolant, ou fixé sur le (s) monomère (s), par exemple préalablement fonctionnalisé (s) servant à la fabrication du film de polymère, ou fixé à la surface du film directement ou indirectement, ou piégé dans le film de polymère lors de la fabrication de ce dernier sur la surface, ou simplement déposé sur le film au moyen d'une solution du marqueur.

Par exemple dans les applications contrôle de qualité, certification ou authentification le marqueur peut être mélangé au polymère organique isolant, ou inséré après dépôt du polymère par trempage dans une solution d'un solvant gonflant du polymère contenant le marqueur, ou inséré lors de la synthèse en effectuant la polymérisation en présence du marqueur dans le milieu de synthèse, ou inséré lors de la synthèse en effectuant la polymérisation avec des monomères ou comonomères chimiquement fonctionnalisés avec le marqueur, ou déposé sur le polymère au moyen d'une

solution de marqueurs.

Par exemple dans les applications relatives aux biopuces, le marqueur peut être associé par greffage directement sur le film, ou indirectement sur des molécules de reconnaissance greffées sur le film de polymère organique isolant.

Ainsi, la présente invention permet, par exemple, de résoudre les problèmes de l'art antérieur précité concernant les biopuces, en substituant le polypyrrole couramment utilisé par un polymère isolant conformément à la présente invention, et exemple par un polymère vinylique. En effet, comme démontré ci-après dans les exemples de réalisation de la présente invention, ces polymères isolants possèdent des extinctions 10 à 100 fois plus faibles que les polymères conducteurs tels que le polypyrrole, ce qui réduit considérablement leur interférence avec un marqueur dans les procédés de détection utilisant une puce, par exemple une biopuce.

En conséquence, la présente invention permet de fabriquer des puces de détection beaucoup plus sensibles que celles de l'art antérieur, en abaissant la limite inférieure de détection par exemple par rapport aux puces utilisant le polypyrrole ou un autre polymère conducteur.

Ces puces de détection pourront être fabriquées par tous moyens connus, sauf que les films conducteurs déposés sur les substrats seront à remplacer par des films isolants choisis conformément à la présente invention.

La présente invention porte également sur l'utilisation de tels films minces organiques

transparents.

De façon générale, un tel revêtement est capable d'héberger un marqueur, par exemple fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent choisi dans le domaine du spectre électromagnétique correspondant à sa zone de transparence, et d'autoriser la détection de ce marqueur même, et surtout, lorsque ce marqueur est présent à de très faibles concentrations dans ou sur le film organique, et ceci grâce aux propriétés de transparence optique du film polymère organique isolant choisi.

Ainsi, la présente invention se rapporte à l'utilisation d'un film de polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes dans un procédé de détection d'une espèce chimique.

Le film de polymère organique isolant de la présente invention peut en effet être fonctionnalisé avec des molécules de reconnaissance de l'espèce chimique telles que des acides nucléiques, des protéines, des antigènes, des anticorps, des molécules organiques de synthèse etc. Par exemple, dans un procédé de détection par biopuce, l'espèce chimique peut être de l'ADN.

Le film de polymère organique isolant de la présente invention peut aussi servir d'encapsulant de molécules, par exemple bioactives comme la doxorubicine, dont la structure moléculaire est telle que ces molécules sont fluorescentes. Dans cette application, la molécule possède deux propriétés à elle

seule : celle liée à sa bioactivité et celle liée à son caractère fluorescent.

De manière plus générale, la présente invention se rapporte à l'utilisation du film de polymère organique isolant électrique et transparent de la présente invention dans au moins une gamme de longueurs d'ondes associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes dans un moyen de détection d'une espèce chimique.

Comme exposé ci-dessus, le moyen de détection peut être une biopuce, telle qu'une puce à ADN, une puce à protéines, un capteur chimique etc.

La présente invention se rapporte également à l'utilisation du film de polymère organique isolant électrique et transparent de la présente invention dans au moins une gamme de longueurs d'ondes associé à un marqueur émettant dans ladite gamme de longueurs d'ondes dans un procédé choisi parmi un procédé de contrôle qualité, un procédé de certification ou un procédé d'authentification d'un objet.

Dans le contrôle qualité d'un procédé industriel de dépôt de films polymères isolants minces, par exemple, il est primordial de pouvoir caractériser l'épaisseur du revêtement. Sur des films minces, notamment lorsque ces films ont une épaisseur inférieure à 100 nm, il est nécessaire de recourir à des techniques coûteuses et lentes comme la profilométrie ou l'ellipsométrie pour obtenir des mesures fiables des épaisseurs. En outre, les appareils de mesure rapide ont souvent une limite inférieure de détection supérieure au micron. De plus, lorsque les

échantillons à qualifier sont de forme complexe (microbilles, grillages, poudres... etc), les mesures, par exemple par profilométrie ou ellipsométrie, sont délicates.

En associant, selon la présente invention, un film polymère et un marqueur par exemple fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent, il est possible d'obtenir de manière très simple une mesure indirecte de l'épaisseur du film en mesurant l'intensité de fluorescence émise.

Ceci peut être réalisé, par exemple, en soumettant l'objet sur lequel a été déposé le film de polymère associé au marqueur selon la présente invention à une irradiation par une source lumineuse dont le spectre contient au moins la longueur d'onde d'absorption du fluorophore, et en mesurant l'intensité de la fluorescence émise, sur la longueur d'onde d'émission du fluorophore.

Il suffit pour cela de réaliser au préalable une courbe de calibration, ou courbe étalon, sur laquelle on porte l'intensité de fluorescence d'un film associé à un marqueur fluorescent en fonction de l'épaisseur du film mesurée par profilométrie ou l'ellipsométrie pour différents échantillons plans recouverts du film polymère selon le procédé industriel de dépôt en question, le marqueur étant associé au film à une concentration choisie et identique pour tous les échantillons.

A partir de cette courbe étalon, la mesure de l'intensité de fluorescence émise par un même film polymère fabriqué par le procédé industriel en question

et comprenant la concentration choisie et identique aux échantillons précités en marqueur, suffit pour déterminer si le film présente l'épaisseur requise, c'est à dire s'il répond ou non au cahier des charges en termes d'épaisseur, à partir de la connaissance de l'aire dudit objet.

Si cette aire n'est pas connue, le même protocole fournit au moins un moyen de contrôle en ligne de la reproductibilité de la méthode industrielle de dépôt d'un film polymère.

Le contrôle de l'épaisseur des films selon la présente invention peut donc être réalisé en un temps très court à partir d'une courbe étalon.

Dans cette application contrôle qualité, la présente invention, exploite les propriétés actives du revêtement du fait de l'intervention d'un fluorophore.

La présente invention peut également être utilisée dans la certification ou l'authentification d'un objet. Pour cela, il suffit de déposer sur ledit objet un film d'un polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes, associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes selon la présente invention. Ainsi, par une simple mesure de fluorescence, il est possible de déterminer si l'objet est un objet authentique, c'est à dire comportant le film associé au marqueur, ou s'il s'agit d'une copie dudit objet.

L'établissement d'une contrefaçon est souvent délicat, puisque de nombreux procédés se différencient aussi bien sur la pièce traitée, que par la nature de

l'interface qui a été construite entre le film de polymère et la surface de la pièce non traitée. Cette interface étant enfouie sous le film qui a été déposé, il devient difficile de l'analyser au travers du film déposé, surtout lorsque son épaisseur est supérieure à 10 nm. Dans ce cas, un titulaire d'un titre de propriété industrielle relatif à un procédé de dépôt de films minces peut avantageusement marquer les films de sa fabrication par un marqueur, par exemple fluorescent, phosphorescent ou chimiluminescent, conformément à la présente invention, en concentration suffisamment faible pour qu'un appareil de mesure tel que celui décrit ci-dessus soit nécessaire à sa détection.

Les applications précitées ne sont à considérer qu'à titre d'illustration, et ni ces applications ni le mode opératoire par lequel les polymères isolant constituant le film sont déposés sur la surface des substrats ne sauraient constituer une limitation à l'application de la présente invention.

L'homme de l'art saura, en effet, mesurer, sur d'autres applications, l'importance de la présente invention en associant un ou des revêtement (s) organique (s) d'un ou de plusieurs polymères (s) isolant (s) électrique (s) ayant de faibles extinctions optiques dans une gamme de longueur d'onde et un marqueur émettant dans ladite gamme.

D'autre avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtrons encore à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous donnés à titre illustratifs et non limitatifs en références au

figures annexées.

Brève description des figures - La figure 1 est un schéma illustrant le principe de l'ellipsométrie à polarisateur tournant utilisée pour mesurer l'épaisseur des films de polymère isolant selon la présente invention.

- Les figures 2 et 3 sont des spectres de mesures ellipsométriques de l'or, en tant que substrat, pour différents angles d'incidence en degrés : tan (T) = f Unm)) (fig. 2) et cos (A) = f (Â, (nm) ) (fig. 3), longueur d'onde en nm).

- La figure 4 est un graphique regroupant des mesures d'indice (I) et (N) et de coefficient d'extinction optique (E) et (K) effectuées sur un substrat d'or seul (Or) et sur un substrat recouvert d'un film organique, mesurés à un angle de 750 pour toutes les longueurs d'onde entre 300 et 800 nm.

- Les figures 5 et 6 sont des spectres ellipsométriques d'un substrat de platine sans film de polymère organique obtenus à partir de mesures effectuées sur une gamme spectrale s'étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5nm : tan (\fi) =f (X (nm) ) avec une incidence de 75 (fig. 5) et cos (A) = f (Â, (nm) ) avec une incidence de 750 (fig. 6).

- La figure 7 est un graphique regroupant des mesures d'indice (I) et (N) et de coefficient d'extinction optique (E) et (K) effectuées sur un substrat de platine sans film organique, mesurés à un angle de 750 pour toutes les longueurs d'onde entre 300 et 800 nm, ainsi que des valeurs données par le

vs Handbook of Optical Constants of Solids édité par E. D. Palik.

- Les figures 8a), 9a), 10a) et lia) représentent des spectres ellipsométriques d'un substrat de platine recouvert d'un film de PMAN obtenus à partir de mesures effectuées entre 55 et 750 avec un pas de 50, la gamme spectrale s'étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5nm : tan (T) =f (Â. (nm) ), respectivement pour les échantillons AuMAN7, AuMAN24, Au2401 et Au2301.

- Les figures 8b), 9b), lOb) et lib) représentent des spectres ellipsométriques d'un substrat de platine recouvert d'un film de PMAN obtenus à partir de mesures effectuées entre 50 et 750 avec un pas de 50, la gamme spectrale s'étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5nm : avec une incidence de 750 (fig. 5) et cos (A) = f ( (nm), respectivement pour les échantillons AuMAN7, AuMAN24, Au2401 et Au2301.

- La figure 12 est une représentation graphique des mesures de la réflexion (en%) des échantillons à substrat d'or revêtus de différents films polymères organiques isolants électriques et transparents selon l'invention en fonction de la longueur d'onde (en nm).

- Les figures 13a) et 13b) sont des spectres de mesures ellipsométriques effectuées entre 50 et 750 avec un pas de 50, la gamme spectrale s'étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5 nm, sur un substrat de platine revêtu d'un film de polymère organique conducteur à base de sels de diazonium (échantillon 0101Pt6), pour différents angles d'incidence en degrés : tan (T) multiangles = f (À (nm)) (fig. 13a)) et cos (A) multiangles = f (k (nm) ) (fig. 13b)).

- Les figures 14a) et b) sont des spectres de mesures ellipsométriques effectuées entre 50 et 750 avec un pas de 50, la gamme spectrale s'étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5 nm, sur un substrat de platine revêtu d'un film de polymère organique conducteur à base de sels de diazonium (échantillon 0101Pt14), pour différents angles d'incidence en degrés : tan (Y) multiangles = f (À (nm)) (fig. 14a)) et cos (A) multiangles = f (l (nm) ) (fig. 14b)).

- La figure 15 représente les résultats de mesures spectrophotométriques destinées à déterminer la réflexion d'un échantillon de platine revêtu d'un film organique conducteur à base de sels de diazonium (échantillons 0101Pt6 et 0101Pt14), sur la gamme 400 à 800 nm avec une longueur d'onde de référence de 560 nm.

- La figure 16 représente les résultats de mesures spectrophotométriques destinées à déterminer les pertes d'un échantillon de platine revêtu d'un film organique conducteur à base de sels de diazonium (échantillons 0101Pt6 et 0101Ptl4), sur la gamme 400 à 800 nm avec une longueur d'onde de référence de 560 nm.

- La figure 17 est un schéma de modélisation dipolaire d'un fluorophore en surface : il représente un dipôle de moment dipolaire m placé au-dessus d'une surface x. Trois milieux sont distingués, l'environnement du dipôle, la zone 1 d'indice ni, ici le superstrat ; un empilement de couches minces, la zone 2 d'indice n2 ; et le substrat, la zone 3 d'indice n3.

- Les figures 18a) et 18b) représentent des modélisations (signal (ua) = f (épaisseur du polymère

(en nm) ) du signal de fluorescence d'un dipôle fluorophore placé en surface d'un film organique selon

deux orientations, parallèle (//) (figure 18a)) et perpendiculaire () (figure 18b)) à la surface. Sur ces figures, cas 1 : n = 1, 5 et k = 0, 02 ; cas 2 : n = 1, 5 et k = 0,003 ; cas 3 : n = 1,5 et k = 0,0 (valeur extrême) ; le cas 4 modélise un film organique conducteur typique, comme ceux obtenus à partir de sels de diazonium : n = 1,5 et k = 0,4. Sur ces figures, l'axe des abscisses représente e l'épaisseur du film de polymère, et l'axe des ordonnées s le signal.

- Les figures 19a) et 19b) sont des représentations schématiques de substrats d'or revêtus d'une part d'un film de polypyrrole (figure 19a)) conformément à l'art antérieur, et d'autre part d'un film polymère organique isolant (ManAull) (figure 19b)) conformément à la présente invention.

- La figure 20a) est un cliché (objectif x50temps de pose : 200 ms) de la fluorescence d'une goutte (0, 5 fil d'une solution 1 M) de fluorophore Cydctp (marque de commerce) de la société Amersham déposée sur un substrat d'or, sur la zone d'or.

- La figure 20b) est un cliché (objectif x50 - temps de pose : 200 ms) de la fluorescence d'une goutte (0, 5 1 d'une solution 1 jj. M) de fluorophore Cydctp (marque de commerce) de la société Amersham déposée sur un film de polypyrrole déposé sur un substrat d'or, sur la zone correspondante au polypyrrole.

- La figure 20c) est un cliché (objectif x50temps de pose : 200 ms) de la fluorescence d'une goutte

(0,5 jj. l d'une solution 1 jM) de fluorophore Cydctp (marque de commerce) de la société Amersham déposée sur un film de polyméthacrylonitrile (MAN) déposé sur un substrat d'or (échantillon AuManll), sur la zone correspondante au dépôt de MAN.

EXEMPLES Exemple 1 : Techniques de mesures et de modélisation des propriétés optiques de l'échantillon
Les mesures d'extinction sont effectuées par ellipsométrie spectroscopique. C'est une technique optique non destructive qui permet de caractériser par détermination de l'indice et de l'épaisseur, des dépôts de matériaux minces en exploitant les modifications que ceux-ci font subir à la polarisation de la lumière.

Lorsqu'un faisceau est réfléchi à la surface d'un échantillon, son état de polarisation est modifié. En effet, en incidence oblique, le champ électrique d'une onde lumineuse se décompose selon deux directions propres dont l'une est perpendiculaire au plan d'incidence (onde S) et l'autre parallèle à ce plan (P). Ces deux ondes interagissent différemment avec la surface de l'échantillon et font apparaître les coefficients de réflexion, en amplitude, rs et rp selon qu'il s'agisse des ondes S ou P.

Le changement d'état de polarisation, qui résulte de la différence de comportement en amplitude et en phase des ondes S et P, peut alors être caractérisé par p selon l'équation eql suivante :

p=-=taji () e eql ï-s

tan (il) représente un rapport d'amplitude et A une différence de phase entre les polarisations S et P.

L'ellipsomètre utilisé est le GESP5 (marque de commerce) de la société SOPRA. Il permet de mesurer les paramètres tan () et cos (A) en fonction de la longueur d'onde, d'où le terme ellipsométrie spectroscopique , et/ou de l'angle d'incidence 0 du faisceau lumineux d'analyse. Le principe de fonctionnement de l'ellipsomètre à polarisateur tournant utilisé est exposé sur la figure 1.

Sur cette figure, S représente une source lumineuse, s et p les vecteurs de polarisation de la lumière incidente, P et A des polariseurs tournants, et D un détecteur.

Au moyen d'une modélisation de l'échantillon, on peut calculer les caractéristiques de ce dernier à l'aide d'algorithmes de régression sur les mesures données par l'ellipsomètre.

Pour caractériser les échantillons, épaisseur e, indice n et extinction k, nous avons procédé par régression des mesures ellipsométriques à l'aide d'un logiciel de lissage par régression non linéaire dans le plan complexe avec une loi non dispersive, puis avec un modèle d'oscillateurs de Lorentz.

La cohérence des résultats a été vérifiée avec les mesures spectrophotométriques.

Exemple 2 : Echantillons examinés
Les mesures ont été effectuées sur huit

échantillons différents, dont les caractéristiques sont résumées dans le Tableau 1.

Trois séries distinctes d'échantillons ont été analysées : - une série de films de PMAN électro-greffés sur or, d'épaisseur variant entre 9 et 150 nm. Ces films sont obtenus par électro-réduction d'une solution à 2,5 M de méthacrylonitrile dans l'acétonitrile anhydre sur électrode d'or, en présence de 5x10-2 M de perchlorate de tétra-éthylammonium (TEAP) comme électrolyte support. L'électro-réduction a lieu en conditions voltamétriques entre-0, 3 et-2, 6 V/ (Ag+/Ag) à 100 mV/s, en compartiments non séparés, avec une contre-électrode de platine de grande surface. Les différentes épaisseurs sont obtenues en variant le nombre de balayages voltamétriques ; - deux films de PMMA électro-greffés sur or, l'un d'épaisseur 1 nm, l'autre épais (épaisseur > 0,5 tam).

Ces films sont obtenus par électro-réduction d'une solution de méthacrylate de méthyle, dans les mêmes conditions que pour les films de PMAN ; - deux films obtenus par électro-réduction d'une solution à 10-3 M de tétrafluoroborate de paranitrophényldiazonium (PNPD) dans l'acétonitrile anhydre sur électrode de platine, en présence de 5x10-2 M de TEAP comme électrolyte support. Les balayages de potentiels sont appliqués de + 0,3 V/ (Ag+/Ag) à - 2, 9 v/ (Ag+/Ag) 1 à -200 mV/s. Deux films, d'épaisseurs respectives 3 et 30 nm sont obtenus par ce protocole.

Cette dernière série d'échantillons a été choisie car les films organiques obtenus par électro-greffage

de PNPD sont conducteurs de l'électricité, contrairement aux films des deux premières séries. En outre, les mesures ellipsométriques seront également comparées à celles obtenues sur un film de polypyrrole en tant que polymère conducteur.

Les épaisseurs des différents films reportées dans le Tableau l ci-dessous sont mesurées par profilométrie. Dans ce tableau sont également reportées les rugosités arithmétiques, mesurées par profilométrie, selon deux parcours de pointe : 500 m et 2 mm.

Tableau I : Références et caractéristiques des échantillons utilisés dans les exemples de réalisation

<tb>
<tb> Ra <SEP> à <SEP> Ra <SEP> à
<tb> Epaisseur
<tb> Nom <SEP> Substrat <SEP> Revêtement <SEP> 500 m <SEP> 2mm
<tb> (nm)
<tb> (nm) <SEP> (nm)
<tb> PolyMANAu <SEP> 15 <SEP> Or <SEP> 9 <SEP> 4 <SEP> 0,7
<tb> méthacrylonitrile
<tb> PolyMANAu <SEP> 24 <SEP> Or <SEP> 28 <SEP> 3,9 <SEP> 6,5
<tb> méthacrylonitrile
<tb> PolyAu <SEP> MAN <SEP> 11 <SEP> Or <SEP> 50 <SEP> 2,9 <SEP> 2,9
<tb> méthacrylonitrile
<tb> PolyAu <SEP> MAN7 <SEP> Or <SEP> 150 <SEP> 3,4 <SEP> 5,3
<tb> méthacrylonitrile
<tb> Poly-méthyl
<tb> Au <SEP> 2301 <SEP> Or <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> méthacrylate
<tb> Poly-méthyl
<tb> Au <SEP> 2401 <SEP> Or <SEP> Epais <SEP> - <SEP> méthacrylate
<tb> 0101 <SEP> Pt <SEP> 14 <SEP> Pt <SEP> Nitro-benzoïque <SEP> 3 <SEP> 6,5 <SEP> 8,3
<tb> 0101 <SEP> pt <SEP> 6 <SEP> pt <SEP> Nitro-benzoïque <SEP> 30 <SEP> 2,4 <SEP> 2,4
<tb>

Dans ce tableau, les films de polyméthacrylonitrile ou polyméthylméthacrylate sont isolants, et les films nitrobenzoïques sont

conducteurs.

MESURES ELLIPSOMETRIOUES DES SUBSTRATS.

Caractéristiques de la couche d'or (substrat).

Les spectres ellipsométriques de l'or sont mesurés pour différents angles d'incidence. Cette manière de procéder permet de juger la qualité du résultat final en fonction des résultats obtenus pour ces différentes valeurs, entre 500 et 75 avec un pas de 50. Les spectres de mesure s'étalent entre 300 nm et 800 avec un pas de mesure de 5 nm. Ils sont présentés sur les figures 2 et 3 annexées.

La mesure de l'Or a été effectuée sur l'échantillon MANAull, sur la partie non trempée dans le mélange réactionnel et sur laquelle aucun film organique n'a été déposé.

Nous cherchons les valeurs d'indice et d'extinction de cette couche d'or, son épaisseur supérieure au micron permet de l'assimiler, e ellipsométriquement à un substrat. Nous procédons alors à une inversion, résolution d'équation, des données pour tirer le n et le k de l'or. Cette opération est effectuée pour chaque angle de mesure. On a reporté sur la Figure 4 annexée les indices mesurés à un angle d'incidence de 750 pour toutes les longueurs d'onde entre 300 et 800 nm.

Pour comparaison, les mesures effectuées sur un substrat d'or seul ont également été reportées, indépendamment des échantillons portant un film organique greffé, ce qui permet de contrôler la stabilité des mesures.

Caractéristiques de la couche de (substrat).

Les spectres ellipsométriques du Platine sont mesurés dans les mêmes conditions que pour l'Or, angle de mesure entre 500 et 75 avec un pas de 50 et la gamme spectrale s'étend de 300 à 800 nm avec un pas de 5 nm.

La mesure du Platine a été effectuée sur l'échantillon OIOIPt6, sur la partie non trempée dans le mélange réactionnel et sur laquelle aucun film organique n'a été déposé.

Les figures 5 ( (tanT) = f (À (nm)), incidence 75 ) et 6 ( (CosA) = f (k (nm) ), incidence 750) sont des représentations graphiques des résultats obtenus à partir de ces mesures.

Nous cherchons les valeurs d'indice et d'extinction de cette couche de Platine, son épaisseur supérieure au micron permet de l'assimiler, d'un point de vue ellipsométrique à un substrat. Nous procédons alors à une inversion des données de la mesure à 750 pour en tirer le n (indice) et le k (coefficient d'extinction). La figure 7 regroupe les résultats d'indice (I) et d'extinction (E) ainsi obtenus. Sur ce graphique, des valeurs données par le Handbook of Optical Constants of Solids édité par E. D. Palik ont également été représentées.

Pour les caractérisations des échantillons, nous prendrons comme valeurs de référence du Platine les résultats donnés par la mesure ellipsométrique.

MESURES ELLIPSOMETRIOUES DES ECHANTILLONS.

Les mesures sont effectuées sur la gamme spectrale 300-800 nm et à 0 = 600.

Résultats ellipsométriques des échantillons sur substrat d'or.

Afin d'être plus précis au niveau des résultats, les échantillons AuMAN7, MANAu24, Au2301 et Au240l ont été mesurés pour des angles variables.

Les mesures effectuées ont permis de construire les spectres représentés sur les figures 8a) et b) pour AuMAN7 ; sur les figures 9a) et b) pour AuMAN24 ; sur les figures 10a) et lOb) pour Au2401 ; et lla) et b) pour Au2301. Les figures a) correspondent aux mesures tan (T) multiangles, et les figures b) aux mesures cos (A) multiangles.

Résultats spectrophotométriques des échantillons sur substrat d'or.

Les échantillons ont été mesurés au spectrophotomètre manuel Lambda9m (marque de commerce) afin de déterminer la Réflexion, la Transmission et les Pertes de chacun d'entre eux sur la gamme de longueur d'onde : 400-800 nm avec pour longueur d'onde de référence : 560 nm.

Nous constatons que tous les échantillons sur Or ont les mêmes spectres et qu'à 560 nm : 72, 5% < R < 84, 2% ; TO et 157% < P < 27, 5%. Ces résultats sont regroupés dans le tableau 2 ci-dessous :

Tableau 2 : Réflexion (R), transmission (T) et pertes (P) à 560nm pour les échantillons sur or

<tb>
<tb> à <SEP> 560 <SEP> nm
<tb> Echantillon <SEP> R <SEP> (%) <SEP> T <SEP> (%) <SEP> P <SEP> (%)
<tb> MANAu <SEP> 11 <SEP> 72,55 <SEP> 0 <SEP> 27, <SEP> 46
<tb> MANAu <SEP> 15 <SEP> 81,32 <SEP> 0,02 <SEP> 18, <SEP> 66
<tb> MANAu <SEP> 24 <SEP> 75,45 <SEP> 0,03 <SEP> 24,51
<tb> AUMAN <SEP> 7 <SEP> 79,96 <SEP> 0 <SEP> 20,05
<tb> Au <SEP> 2301 <SEP> 77,54 <SEP> 0,0207 <SEP> 22,44
<tb> Au <SEP> 2401 <SEP> 84,19 <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> 15, <SEP> 77
<tb>

La figure 12 annexée est une représentation graphique des mesures de la réflexion (en%) effectuées sur ces échantillons à substrat d'or revêtus de différents films polymères organiques isolants électriques et transparents selon l'invention en fonction de la longueur d'onde (en nm).

Nous constatons que tous les échantillons sur or ont les mêmes spectres et qu'à 560 nm : 72,5% < R < 84, 2% ; TO et 15,7% < P < 27,5%. On constate en particulier, que ces films isolants ont peu de pertes sur une large gamme de longueurs d'onde.

Cette observation deviendra plus nette encore en comparant aux résultats obtenus avec les films de PNPD conducteurs.

Résultats ellipsométriques des échantillons sur substrat de platine.

Les figures 13a) et 13b) représentent les spectres des mesures ellipsométriques effectuées entre 50 et 750 avec un pas de 50, la gamme spectrale s'étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5 nm, sur les échantillons 0101Pt6, pour différents angles d'incidence en degrés : tan (IF) multiangles = f (À. (nm) ) (fig. 13a)) et Cos (A) multiangles = f ( (nm) ) (fig. 13b)).

Les figures 14a) et b) représentent les spectres des mesures ellipsométriques effectuées entre 50 et 750 avec un pas de 5 , la gamme spectrale s'étendant de 300 à 800 nm avec un pas de 5 nm, sur les échantillons 0101Ptl4, pour différents angles d'incidence en degrés : tan (T) multiangles = f (X (nm)) (fig. 14a)) et Cos (A) multiangles = f (k (nm) ) (fig. 14b)).

Résultats spectrophotométriques des échantillons sur substrat platine.

Nous constatons que les échantillons sur platine ont des spectres très différents. Les réflexion, transmission et pertes sont résumées dans le Tableau 3 ci-dessous. On observe que les pertes dans les films de PNPD, polymères conducteurs ont un poids beaucoup plus important que dans le cas des films isolants

réalisés sur substrats d'or.

Tableau 3 : Réflexion (R), transmission (T) et pertes (P) à 560nm pour les échantillons sur platine

<tb>
<tb> A <SEP> 560 <SEP> nm
<tb> Echantillon <SEP> R <SEP> (%) <SEP> T <SEP> (%) <SEP> P <SEP> (%)
<tb> 0101Ptl4 <SEP> 45,72 <SEP> 0,02 <SEP> 54,26
<tb> OlOlPt6 <SEP> 57,32 <SEP> 0,02 <SEP> 42,66
<tb>

La figure 15 représente la réflexion et la figure 16 représente les pertes des échantillons de platine revêtus d'un polymère conducteur 0101Pt6 et 0101Ptl4, sur la gamme 400 à 800 nm avec une longueur d'onde de référence de 560 nm.

CARACTERISATION DES ECHANTILLONS.

Pour caractériser les échantillons (e, n et k), nous avons procédé par régression des mesures ellipsométriques à l'aide du logiciel SporX (marque de commerce) avec une loi non dispersive, puis avec des oscillateurs de Lorentz. Des résultats cohérents ont été obtenus d'une part entre les deux modèles, et d'autre part avec les mesures spectrophotométriques.

Le bilan de ces caractérisations est résumé dans le Tableau 4.

On mesure des coefficients d'extinction très bas pour les films vinyliques isolants (k < 0,02), alors que les films de PNPD conducteurs donnent des extinctions au moins 10 fois plus élevées.

A titre de comparaison, les films de polypyrrole d'épaisseur voisine de celles des échantillons mesurés (20 nm) ont un coefficient d'extinction de 0,3 à 0,5, mesuré dans les mêmes conditions.

Tableau 4 : Caractéristiques optiques des échantillons

<tb>
<tb> e(profilo)
<tb> Echantillon <SEP> Caractère <SEP> e(ellipso) <SEP> nm <SEP> N <SEP> k
<tb> nm
<tb> MANAul5 <SEP> isolant <SEP> 9 <SEP> 5-6 <SEP> 1,5 <SEP> 0,02
<tb> MANAu24 <SEP> isolant <SEP> 28 <SEP> 24 <SEP> 1,5 <SEP> 0
<tb> AuMANll <SEP> isolant <SEP> 50 <SEP> 40-46 <SEP> 1,5-1, <SEP> 6 <SEP> 0,003
<tb> AuMAN7 <SEP> isolant <SEP> 150 <SEP> 149
<tb> Au2301 <SEP> isolant <SEP> 100-1, <SEP> 1 <SEP> 0,02
<tb> Au2401 <SEP> isolant <SEP> (épais) <SEP> 1 <SEP> 0
<tb> 0101Pt6 <SEP> conducteur <SEP> 3-1, <SEP> 9 <SEP> 0,1
<tb> 0101Ptl4 <SEP> conducteur <SEP> 30 <SEP> 25-30 <SEP> 0,9 <SEP> 0,5
<tb>

On cherche maintenant à caractériser le signal qui serait émis par un fluorophore adsorbé sur la surface du film.

On présente tout d'abord le bénéfice attendu du fait des faibles extinctions, puis on montre, sur un test simple, que le rendu de fluorescence est effectivement meilleur sur les films de PMAN sur or que sur un film de polypyrrole de même épaisseur.

On modélise le fluorophore comme étant un dipôle électrique, tel que représenté sur la figure 17, c'est à dire la plus petite source envisageable dans le cadre

de la théorie électromagnétique. Cette démarche ne nuit en rien à l'application générale de la question traitée, puisqu'on peut calculer la fonction de Green du problème et recomposer toute source électromagnétique plus complexe comme superposition de dipôles de base. On suppose, de plus, que les champs électromagnétiques ne seront pas quantifiés. La comparaison de modèles théoriques pour modéliser la fluorescence et la luminescence dans des cavités laser, ont montré des résultats quasi-similaires que le point de vue soit classique ou quantique.

Sur la base des résultats du Tableau 4, on simule les cas suivants : cas 1 : n = 1, 5/k=0, 02 ; cas 2 : n = 1, 5/k = 0, 003 ; cas 3 : n = 1, 5/k = 0, (valeur extrême) le dernier cas modélise un film organique conducteur typique, comme par exemple les films obtenus à partir de sels de diazonium (échantillons 0101Pt6 et 0101Pt14) : cas 4 : n = 1, 5/k = 0,4.

Le fluorophore utilisé est la phycoérithrine, absorption = 543 nm et émission = 580 nm, son altitude par rapport à la surface est de 10 nm. Le fluorophore baigne dans un environnement liquide.

On prend en compte deux orientations différentes pour les dipôles : l'une parallèle et l'autre perpendiculaire à la surface. On fait varier l'épaisseur du polymère et on calcule le signal émis dans le milieu ambiant du fluorophore (cas d'un microscope d'analyse de fluorescence très ouvert).

La figure 17 est un schéma de modélisation dipolaire d'un fluorophore en surface : il représente un dipôle de moment dipolaire m placé au-dessus d'une

surface x. Trois milieux sont distingués, l'environnement du dipôle, la zone 1, ici le superstrat ; un empilement de couche (s) mince (s), la

zone 2 ; et le substrat, la zone 3. ni, si ; n2, Ss et n3, B3 sont respectivement l'indice et la permittivité diélectrique des zones 1,2 et 3 ; d représente la distance du dipôle à la surface du polymère et t représente l'épaisseur du polymère.

Les figures 18a) et 18b) représentent des modélisations (signal (ua) =f (épaisseur du polymère (en nm) ) du signal de fluorescence d'un dipôle fluorophore placé en surface d'un film organique selon deux orientations, parallèle (figure 18a) ) et perpendiculaire (figure 18b) ) à la surface. Sur ces

figures, cas 1 : n = 1, 5 et k = 0, 02 ; cas 2 : n = 1, 5 et k = 0,003 ; cas 3 : n = 1,5 et k = 0,0 (valeur extrême) ; le cas 4 modélise un film organique conducteur typique, comme par exemple les films obtenus à partir de sels de diazonium (échantillons 0101Pt6 et 0101Pt14) : n = 1,5 et k = 0,4.

Au vu des résultats représentés sur les Figures 18a) et 18b) annexées, on observe un gain d'environ 25 sur le signal avec la présente invention utilisant un film MAN avec une orientation parallèle de fluorophores, le cas le plus probable à cause du phénomène de photo-sélection, et de 100 environ pour une orientation perpendiculaire.

Les prévisions de ce modèle sont maintenant testées de façon simple en examinant le signal de fluorescence d'une goutte de marqueur fluorescent sur un film de PMAN (échantillon AuMAN11) déposé sur un

substrat d'or et en le comparant au même signal sur un film de polypyrrole de même épaisseur déposé sur un substrat d'or. Le fluorophore employé est le Cy3dctp (marque de commerce) (Amersham) à 1 liM. Le volume des gouttes est de 0,5 fll.

Les figures 19a) et 19b) sont des représentations schématiques des substrats d'or revêtus d'une part d'un film de polypyrrole (figure 19a) ), et d'autre part d'un film polymère organique isolant (ManAull) (figure 19b)) conformément à la présente invention.

Les figures 20a), b) et c) sont les clichés (objectif x50-temps de pose : 200ms) de la fluorescence sur la zone d'or (figure 20a) ), sur le film de polypyrrole (figure 20b) ) et sur le film de polyméthacrylonitrile (MAN) obtenus dans cet exemple.

Les points fortement lumineux sur les trois photographies sont soit des agglomérats de fluorophores, soit des poussières fluorescentes. Ces points ne correspondent pas à des fluorophores proches de la surface, c'est à dire quelques nm, ce qui est le cas des biopuces par exemple, mais à des boules de quelques dizaines à quelques centaines de nm. Ça n'est donc pas sur ces points lumineux que la comparaison doit s'effectuer, mais sur le fond continu qui entoure ces points.

On observe qu'avec des temps de pose identiques, des récepteurs photographiques de même sensibilité, les mêmes grossissements réalisés avec la même optique, et alors même que la concentration en marqueur est rès faible (ism), les fluorophores qui sont en contact direct avec la surface ne sont pas éteints dans

le cas de l'échantillons AuMAN11 (cliché c) ), alors qu'ils le sont sur les zones d'or (cliché a) ) et sur la zone du revêtement organique conducteur (cliché b) ). On observe donc ici directement les propriétés de transparence supérieures des films de PMAN isolants sur les films conducteurs, telles qu'illustrées sur ces figures 20.

Exemple 3 : Obtention d'un dépôt de film de polyméthacrylonitrile par électro-initiation en présence de sels de diazonium
On réalise, sur les mêmes surfaces d'or que celles de l'exemple n01, un dépôt de films de polyméthacrylonitrile par électro-initiation à partir de sels de diazonium. Ces films sont obtenus par électro-réduction d'une solution à 2,5 M de méthacrylonitrile dans l'acétonitrile anhydre en présence de 5x10-2 M de perchlorate de tétra- éthylammonium (TEAP) comme électrolyte support et de 10-3 M de tétrafluoroborate de 4-nitrophényl diazonium.

L'électro-réduction a lieu en conditions voltammétriques entre +0,3 et-1, 5 V/ (Ag+/Ag) à 100 mV/s, en compartiments non séparés, avec une contre-électrode de platine de grande surface. Le nombre de balayages est ajusté de façon à obtenir des films d'une épaisseur de l'ordre de 100 nm.

Les mesures optiques révèlent un coefficient k < 0, 02, comme observé avec les films de polyméthacrylonitrile obtenus par électro-greffage direct (cf tableau 4).

Exemple 4 : Procédure de contrôle de reproductibilité
Sur des lames d'or toutes identiques, on fabrique des films de polyméthacrylonitrile d'épaisseur variable truffés avec de la phycoérithrine. Pour cela, on polarise les lames d'or en conditions voltammétriques entre +0,3 et-1, 0 V/ (Ag+/Ag) à 100 mV/s, en compartiments non séparés, avec une contre-électrode de platine de grande surface, dans une solution contenant du méthacrylonitrile à 2,5 M dans l'acétonitrile

anhydre, 5x10-2 M de perchlorate de tétra-éthylammonium (TEAP) comme électrolyte support, et de 10-3 M de tétrafluoroborate de 4-nitrophényl diazonium et 1 M de phycoérithrine. L'épaisseur des films obtenus, mesurée par ellipsométrie, est de 505 nm, soit une précision de 10%.

On irradie ensuite chaque lame à 543 nm, et on mesure l'intensité de fluorescence résultante à 580 nm.

On mesure des intensités de fluorescence identiques sur toutes les lames, avec une dispersion des mesures inférieure à 15%.

Exemple 5 : Procédure de contrôle qualité
On réalise le dépôt de films de PMAN (polyméthacrylonitrile) d'épaisseur croissante selon la procédure de l'exemple 4 sur des lames d'or de 1 cm2.

Les différentes épaisseurs, comprises entre 5 et 150 nm sont obtenues en faisant varier le nombre de balayages voltammétriques.

La mesure de fluorescence des revêtements obtenus permet de tracer une courbe de calibration donnant l'épaisseur en fonction de l'intensité/cm2.

On réalise ensuite un dépôt de PMAN de 84 nm (mesure par ellipsométrie) sur une surface d'or de 5 cm2. La mesure de fluorescence indique, à partir de la courbe de calibration, une épaisseur de 75 nm, ce qui permet de valider un contrôle correct sans l'aide d'une mesure directe de l'épaisseur.

LISTE DE RÉFÉRENCES [1] Arwin et al., Synthetic Metals 6 1983 : "Dielectric Function of Thin Polypyrrole and Prussian Blue Films by Spectroscopie Ellipsometry.

[2] Kim et al., Journal of the Electrochemical Society, 138 (11), 1991 :"Real Time Spectroscopie Ellipsometry : In Situ Characterization of Pyrrole Electropolymerization" [3] Kim et al., Bulletin of the Korean Chemical Society, 17 (8), 1996 :"Polypyrrole Film Studied by Three-Parameter Ellipsometry".

[4] Guedon et al., Analytical Chemistry, 22, 6003-6009,2000 :"Characterization and Optimization of a Real-Time, Parallel, Label-Free, Polypyrrole-Based DNA Sensor by Surface Plasmon Resonance Imaging".

Claims

REVENDICATIONS

1. Substrat revêtu d'un film caractérisé en ce que le film est un polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes, et en ce que ledit film est associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes.

2. Substrat revêtu d'un film selon la revendication 1, dans lequel le film comprend un polymère isolant choisi parmi les polymères vinyliques.

3. Substrat revêtu d'un film selon la revendication 1, dans lequel le film comprend un polymère isolant choisi parmi les polymères réticulés ou non réticulés de l'acrylonitrile, du méthacrylonitrile, du méthyl méthacrylate, de l'éthyl méthacrylate, du propyl méthacrylate, du butyl méthacrylate, de l'hydroxyéthyl méthacrylate, de l'hydroxypropyl méthacrylate, du cyano acrylate, de l'acide acrylique, de l'acide méthacrylique, du styrène, du parachloro styrène, de la N-vinyl pyrrolidone, et des halogénures de vinyle.

4. Substrat revêtu d'un film selon la revendication 1, dans lequel le film comprend un polymère isolant réticulé ou non réticulé choisi parmi les polyacrylamides, les polymères de l'isoprène, de l'éthylène, du propylène, de l'oxyde d'éthylène et des molécules à cycles tendus, de l'acide lactique ou de

ses oligomères, des lactones, de l's-caprolactone, de l'acide glycolique, de l'acide aspartique, les polyamides, les polyuréthanes, le parylène et les polymères à base parylène substitué, les oligopeptides et les protéines, ainsi que les pré-polymères, macromères ou téléchéliques basés sur ces polymères, ainsi que les co-polymères et/ou mélanges pouvant être formés à partir de ces polymères.

5. Substrat revêtu d'un film selon la revendication 1, dans lequel le film est un polymère vinylique obtenu par polymérisation d'un monomère de formule (I) suivante :

dans laquelle Rl'R2'R3 et R4 sont indépendamment des atomes d'hydrogène ou des groupements organiques tels que les hydrocarbures choisis parmi les alcanes, alcènes, alcynes ; les amides, aldéhydes, cétones, acides carboxyliques, esters, halogénures d'acide, anhydrides, nitriles, amines, thiols, phosphates, les éthers, les aromatiques homo-ou hétéro-cyclique ou tout groupement cyclique comportant ces fonctions, ainsi que tout groupement portant plusieurs de ces fonctions, ou d'un mélange de différents monomères répondant à ladite formule (I).

6. Substrat revêtu d'un film selon la revendication 1, dans lequel le film est du polyméthacrylonitrile ou du polyméthylméthacrylate.

7. Substrat revêtu d'un film selon la revendication 1, dans lequel le marqueur est choisi parmi un marqueur fluorescent, un marqueur phosphorescent ou un marqueur chimiluminescent.

8. Utilisation d'un film de polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes dans un procédé de détection d'une espèce chimique.

9. Utilisation selon la revendication 8, dans laquelle le film de polymère organique isolant est fonctionnalisé avec des molécules de reconnaissance de l'espèce chimique.

10. Utilisation selon la revendication 8, dans laquelle l'espèce chimique est de l'ADN.

11. Utilisation d'un film de polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes associé à un marqueur émettant au moins dans ladite gamme de longueurs d'ondes dans un moyen de détection d'une espèce chimique.

12. Utilisation selon la revendication 11, dans laquelle le moyen de détection est une biopuce.

13. Utilisation d'un film de polymère organique isolant électrique et transparent dans au moins une gamme de longueurs d'ondes associé à un marqueur émettant dans ladite gamme de longueurs d'ondes dans un procédé choisi parmi un procédé de contrôle qualité, un procédé de certification ou un procédé d'authentification d'un objet.

14. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, dans laquelle le film est un polymère vinylique obtenu par polymérisation d'un monomère de formule (I) suivante :

dans laquelle Ri, Rs, R3 et R4 sont indépendamment des atomes d'hydrogène ou des groupements organiques tels que les hydrocarbures choisis parmi les alcanes, alcènes, alcynes ; les amides, aldéhydes 1 cétones, acides carboxyliques, esters, nitriles, amines, thiols, phosphates, les éthers, les aromatiques homo-ou hétéro-cyclique ou tout groupement cyclique comportant ces fonctions, ainsi que tout groupement portant plusieurs de ces fonctions,

ou d'un mélange de différents monomères répondant à ladite formule (I).

15. Utilisation selon la revendication 14, dans laquelle le film est du polyméthacrylonitrile ou du polyméthylméthacrylate.

16. Utilisation selon la revendication 14, dans laquelle le marqueur est choisi parmi un marqueur fluorescent, un marqueur phosphorescent ou un marqueur chimiluminescent.