FR2973391A1 - Procédé de formation de motifs d'objets sur la surface d'un substrat - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de formation de motifs d'objets sur la surface d'un substrat. La présente invention concerne également l'utilisation du procédé selon l'invention, dans le domaine de la microélectronique ainsi qu'en ingénierie tissulaire ou pour la fabrication de support de culture de cellules.

Description

La présente invention concerne un procédé de formation de motifs d'objets sur la surface d'un substrat. La présente invention concerne également l'utilisation du procédé selon l'invention, dans le domaine de la microélectronique ainsi qu'en ingénierie tissulaire ou pour la fabrication de support de culture de cellules. La formation de motifs sur des surfaces, par des objets, est devenue une étape cruciale pour la fabrication des micro et nanosystèmes destinés à des études ou des applications en électronique ou en biologie. Longtemps cantonnée à une réalisation de « pleine plaque » affectant de manière uniforme l'ensemble d'un substrat, cette opération doit être dorénavant combinée avec une localisation spatiale précise des motifs sur cette surface. Il s'agit donc de réaliser des motifs précis avec des objets fonctionnels précis ayant, le cas échéant, des propriétés remarquables, par exemple, en termes de réactivité, de conductivité thermique, de charge surfacique, de biocompatibilité, d'activité biologique, de propriétés optiques (fluorescence par exemple), etc. Habituellement, les protocoles pour réaliser des dépôts d'objets d'intérêt à la surface d'un substrat comportent des étapes de fonctionnalisations spécifiques de ladite surface pour permettre une adsorption sélective des objets en fonction de l'affinité de ces derniers avec ladite surface du substrat. Le substrat doit alors subir une modification chimique de sa surface puis être mis en contact avec la suspension d'objets. Des problèmes d'adsorption non spécifique et de contrôle de la concentration en objets sur le substrat limitent énormément cette méthode (A. Cerf et al., Colloids and Surfaces B : Biointerfaces 65, pp. 285-291, 2008). L'utilisation de la lithographie optique conventionnelle pour la formation de motifs d'objets d'intérêt sur des surfaces est possible mais s'avère, dans bien des cas, inappropriée en raison de l'incompatibilité des objets d'intérêt avec la technique et la nature agressive des procédés de photolithographie (solvants organiques dénaturants, développeurs, etc. (Marc Madou, Fundamentals of Microfabrication : The Science of Miniaturization, paru en janvier 2001, éditeur : CRC Press). Par exemple, obtenir des motifs de protéines par photolithographie est impossible car lors de l'insolation UV, les protéines sont détruites. De plus, cette technique est coûteuse.

La lithographie douce, et plus précisément l'impression par micro-contact (Micro-Contact Printing en anglais ou µCP), offre une alternative de choix aux méthodes précitées. La lithographie douce est une méthode qui a été décrite en 1993 par le groupe de G. Whitesides et trouve désormais de nombreuses applications en électronique organique (OLEDs), la fabrication de biopuces et de laboratoires sur puce (Kumar, Amit; Whitesides, George M., Applied Physics Letters, 63 (14), issue 14, pp. 2002-2004, 1993). Cette méthode consiste à produire des motifs à l'échelle micrométrique et submicrométrique (dont l'une au moins des dimensions est de 50 nm à 500 µm, bornes incluses) par simple contact d'un timbre composé d'un matériau élastomère, le plus souvent du polydiméthylsiloxane (PDMS), avec la surface d'un substrat. Ce timbre, obtenu par moulage sur un support original en silicium à partir duquel des copies sont réalisées (appelé également moule ou master en anglais), peut contenir des motifs de géométrie quelconque. La plus petite dimension des motifs pouvant être réalisés par ce timbre est de 50 nm. Dans cette méthode, les objets d'intérêt sont d'abord mis en suspension ou en solution s'ils sont solubles, puis déposées sur le timbre (étape d'encrage), et enfin transférées à partir dudit timbre sur la surface d'un substrat par contact (étape d'impression). Ainsi, lors de l'étape d'impression, les motifs ou structures du timbre entrent en contact avec la surface du substrat et déposent sur celle-ci, les objets d'intérêt, préalablement imprégnées sur le timbre. Ainsi, le transfert des molécules se fait suivant des motifs parfaitement contrôlés. La lithographie douce, et plus particulièrement l'impression par micro-contact (µCP), est donc très adaptée aux problématiques nouvelles des nanosciences et nanotechnologies, car elle permet : - d'obtenir des motifs de dimension nanométrique (la plus petite dimension des motifs réalisables mesure 50 nm), - d'éviter tout contact entre les objets d'intérêt, avec des rayonnements ionisants ou des bains agressifs dans des solvants dénaturants (Marc Madou, Fundamentals of Microfabrication : The Science of Miniaturization, paru en janvier 2001, éditeur : CRC Press), - de traiter, à bas coût, des surfaces de substrat d'au moins 2 cm2, - de générer des motifs « multiplexés », c'est-à-dire constitués de plusieurs entités différentes, - de créer des gradients moléculaires de surface, c'est-à-dire de faire varier de manière contrôlée la densité en molécules déposées (T. Kraus et al., Langmuir, 21, pp.7796- 7804, 2005). Dans tous les procédés de lithographie douce, et plus précisément d'impression par micro-contact (µCP) connus, le dépôt de l'encre, qui comprend les objets d'intérêt, sur le timbre (étape encrage) est effectué par incubation ou par trempage de ladite encre sur le timbre.

Ainsi, C. Thibault et al. (Journal of Nanobiotechnology, 2005, 3 : 7, pages 1-12) enseignent que le procédé d'impression par micro-contact (µCP) peut être utilisé pour imprimer directement des oligonucléotides sur la surface d'un substrat en verre, et donc être utilisé pour la fabrication de biopuces destinées à identifier des mutations génétiques. Dans ce procédé, l'encrage du timbre est effectué par incubation en déposant une goutte de solution d'oligonucléotides sur ledit timbre. Lalo et al. (Microelectronic Engineering, 2009, 86, pages 1428-1430) et la demande de brevet français FR 2921002 décrivent un procédé de dépôt simultané de différents matériaux (des matériaux biologiques, des biomolécules etc.) en une seule étape en utilisant un macrotimbre en PDMS. Le dépôt des solutions comprenant les différents matériaux est réalisé par une opération de trempage simultanée du timbre dans une plaque à puits remplie avec lesdites solutions. Après séchage, lesdits matériaux sont transférés sur la surface du substrat en reproduisant les motifs présents sur le timbre. WO 2009/052120 décrit des compositions de nanoparticules métalliques de Ti, Ta, Nb, Fe, Cu, Ru, Mo, Ni, Co, Pt, Ag, Au, Pd en suspension dans l'eau et un solvant organique miscible à l'eau comme le glycérol, l'éthylène glycol etc., et leur dépôt sur un timbre par trempage pour les transférer sur un substrat par une impression par microcontact. En dépit de son utilisation répandue, la technique d'encrage par incubation ou par trempage peut présenter certains inconvénients. En effet, l'encrage du timbre par incubation ou par trempage nécessite, en général, des quantités importantes de suspensions d'objets d'intérêt. De plus, lors de l'incubation ou du trempage, le timbre est en contact direct et prolongé avec le solvant, ce qui peut entraîner la déformation ou l'attaque de ce dernier. Ceci est particulièrement le cas lorsque les timbres employés sont en PDMS et que le solvant est un solvant tel que l'éthanol, le THF, etc. Par ailleurs, lorsque les objets d'intérêt à déposer sont de dimensions nanométriques, la technique d'incubation ou de trempage ne permet pas toujours de déposer une couche de densité et/ou d'homogénéité satisfaisante sur le timbre et, par la suite, sur le substrat à l'issue de l'étape d'impression. Ainsi, il existe un réel besoin d'un procédé d'encrage du timbre pouvant pallier les inconvénients de l'art antérieur et qui puisse être utilisé en lithographie douce, notamment en impression par micro-contact, permettant d'améliorer significativement son efficacité. En particulier, il existe un réel besoin d'un procédé d'encrage, qui puisse être utilisé en lithographie douce, notamment en impression par micro-contact, qui ne nécessite pas l'utilisation de grandes quantités de suspensions d'objets d'intérêt et qui évite un contact direct et prolongé du timbre avec un solvant. Plus particulièrement, il existe un réel besoin d'un procédé d'encrage, qui puisse être utilisé en lithographie douce, notamment en impression par micro-contact, qui permette de former, après impression, des motifs sous forme de couches d'objets homogènes, denses et structurées, l'une au moins des dimensions desdits motifs étant comprise entre 50 nm et 500 µm, bornes incluses. Encore plus particulièrement, il existe un réel besoin d'un procédé d'encrage, qui puisse être utilisé en lithographie douce, notamment en impression par micro-contact, et qui soit simple, reproductible et économiquement intéressant. La présente invention a précisément pour but de répondre à ces besoins en fournissant un procédé de formation de motifs d'objets sur la surface d'un substrat, par lithographie douce, en particulier par l'impression par micro-contact (µCP), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) dépôt, par pulvérisation, d'objets en suspension colloïdale dans un solvant ou un mélange de solvants, à la surface d'un timbre, b) transfert des objets de la surface dudit timbre vers la surface du substrat par mise en contact dudit timbre avec la surface dudit substrat.

Des motifs précis, avec des objets précis, ayant des propriétés remarquables, par exemple en termes de réactivité, de conductivité thermique, de charge surfacique, de biocompatibilité, d'activité biologique, de propriétés optiques (fluorescence par exemple) etc., peuvent ainsi être réalisés sur un substrat avec le procédé de l'invention. De plus, le dépôt d'objets en suspension colloïdale sur le timbre par pulvérisation, conduit, après l'étape de transfert b), à l'obtention de couches homogènes et denses de motifs d'objets à la surface du substrat. Au sens de l'invention, une couche est considérée comme : - dense, lorsqu'elle ne présente pas de lacunes d'objets dans les motifs formés à la surface du substrat, visibles par l'observation au microscope électronique à balayage ou à force atomique ; - homogène, lorsque la densité et l'épaisseur des motifs déposés sont du même ordre de grandeur et constantes sur l'ensemble de la surface traitée.

Dans le cadre de la présente invention, par suspension colloïdale, on entend une suspension ou dispersion de deux phases distinctes : un milieu de dispersion (un solvant ou un mélange de solvants) et une phase dispersée (les objets). La suspension est stable ce qui signifie qu'elle ne sédimente pas ; elle est homogène, c'est-à-dire qu'elle est formée d'objets dont l'une au moins des dimensions va de quelques nanomètres à quelques centaines de nanomètres, par exemple de 2 à 200 nanomètres, bornes incluses. Lesdits objets ne sont pas visibles à l'oeil nu ou au microscope optique. Ils peuvent cependant être mis en évidence à l'aide d'un microscope électronique, ou en champ proche (AFM) par exemple. Dans le cadre de la présente invention, les termes « taille » et « dimension » d'un objet ou d'un motif peuvent être utilisés de façon interchangeable pour désigner la longueur, la largeur, le diamètre, la profondeur et/ou l'épaisseur dudit objet ou dudit motif. Il est à noter que lorsque l'expression « la plus petite dimension » est utilisée pour un objet uni-dimensionnel du type nanotube, nanofibres ou nanofils, cette expression se rapportera, en général, au diamètre dudit objet. Dans le cas d'un objet sous forme d'une couche ou d'un feuillet, l'expression « la plus petite dimension » correspondra, en général, à l'épaisseur dudit objet.

Les objets que l'on souhaite déposer, sont donc introduits dans un solvant ou mélange de solvant(s) pour former une suspension colloïdale au sens de l'invention, selon les techniques et procédés connus de l'homme du métier. Dans la suite de l'exposé, les termes « objet » ou « nano-objets » désigneront, au sens large, tout objet ou toute molécule, synthétique ou naturel, dont l'une au moins des dimensions est de l'ordre du nanomètre (par exemple entre 1 et 100 nm, bornes incluses). Ainsi, ces termes, qui peuvent être utilisés de manière interchangeable, peuvent couvrir à la fois, par exemple, des microorganismes, des brins d'ADN, des oxydes métalliques et des nanotubes de carbone (qui, bien qu'ayant un diamètre de quelques nanomètres, peuvent atteindre une longueur de l'ordre du millimètre). De préférence, dans le procédé de l'invention, les objets peuvent être choisis dans le groupe constitué par : - des nano-objets de carbone, comme par exemple les nanotubes de carbone, les fullerènes, les nanofibres de carbone, les nanoparticules de carbone, le graphène, - des nanoparticules et/ou nanofils de métal comme par exemple l'or (Au), le platine (Pt), le nickel (Ni) et leurs oxydes ; de semi-conducteur comme par exemple le silicium (Si), le phosphure d'indium (InP), le nitrure de gallium (GaN); d'oxydes métalliques comme par exemple le TiO2, le ZnO, - des objets biologiques choisis parmi l'ADN, les cellules, les microorganismes, les bactéries, les protéines, les anticorps, les virus. La suspension de l'étape a) peut comprendre un ou un mélange de plusieurs types d'objets. Les suspensions colloïdales d'objets peuvent être formées dans un solvant ou 25 un mélange de solvants. Le ou les solvant(s) choisi(s) doi(ven)t être compatible(s) avec les objets c'est-à-dire qu'il ne faut pas qu'il y ait d'interaction chimique entre le(s) solvant(s) et lesdits objets. Le ou les solvant(s) choisi(s) doi(ven)t également avoir une bonne capacité à mouiller la surface du timbre afin de permettre un dépôt homogène des 30 objets sur ladite surface. Le solvant est avantageusement un solvant ayant une température d'ébullition d'au plus 150°C, de préférence choisi parmi l'eau, le méthanol, l'éthanol, le propanol, l'isopropanol, le n-butanol, l'éther éthylique, le THF, le chloroforme, le DMSO, le toluène, le dichlorométhane, l'acétone, l'hexane, le milieu de culture lorsque les objets sont biologiques, et/ou le mélange d'au moins deux de ceux-ci. Lorsque les objets sont des nano-objets de carbone, notamment des nanotubes de carbone, ou des nanoparticules et/ou nanofils de métaux, de semi-conducteurs ou d'oxydes métalliques, la concentration en objets dans la suspension à l'étape a) peut être comprise entre 0,01 et 1 mg/ml, avantageusement entre 0,05 et 0,7 mg/ml, plus avantageusement entre 0,1 et 0,5 mg/ml, bornes incluses. Cette concentration peut être différente, notamment lorsqu'il s'agit de molécules biologiques telle que décrites précédemment. La suspension colloïdale d'objets à l'étape a), notamment lorsque les objets sont des nano-objets de carbone ou des nanoparticules et/ou nanofils de métaux, de semi-conducteurs ou d'oxydes métalliques, peut, en outre, comprendre un agent de surface ou tensio-actif pour faciliter la mise en suspension des objets et améliorer la stabilité de ladite suspension. Le choix du tensio-actif dépend du type d'objets, de sa solubilité et du solvant utilisé. A titre indicatif, on peut citer, plus particulièrement, des tensioactifs anioniques ayant une tendance hydrophile et une balance Hydrophile/Lipophile (HLB) allant de 8 à 18. Parmi ce type de tensioactifs, on peut citer, par exemple, le laurylsulfate de sodium ou dodécylsulfate de sodium (SDS), laurylsulfate de triéthanolamine, dioctylsufosuccinate de sodium, le dodécylbenzène sulfonate de sodium, le triton, le bromure d'hexadécyltriméthylammonium. Pour les applications biologiques, on peut citer plus particulièrement, le carboxyméthylcellulose (CMC), le cholate de sodium, le désoxycholate de sodium. Dans ce cas, le tensioactif est avantageusement dissous dans le solvant ou le mélange de solvants le cas échéant, avant l'introduction des objets. Lorsque cela s'avère nécessaire, la suspension colloïdale d'objets à l'étape a) peut être homogénéisée, par exemple, par un traitement aux ultrasons ou une agitation mécanique en utilisant des homogénéiseurs (ultraturrax par exemple), vortex, des barreaux aimantés ou tout autre système d'agitation mécanique. En fonction du type de nano-objets, l'homme du métier sera en mesure de choisir le moyen d'homogénéisation le plus adapté.

Ainsi, le procédé de l'invention peut comprendre, de plus, avant l'étape a), une étape de préparation de la suspension colloïdale d'objets selon les techniques et procédés connus de l'homme du métier. Lorsque la suspension est réalisée, le dépôt peut débuter.

Le dépôt d'objets sur le timbre à l'étape a) se fait alors par pulvérisation. On entend par pulvérisation, une technique de dépôt qui consiste à projeter sur un substrat au moyen d'un gaz ou d'un mélange d'au moins deux gaz comprimé(s), de fines gouttelettes, par exemple, d'une suspension colloïdale d'objets selon l'invention, qui vont ensuite se déposer sur ledit substrat pour former une couche mince desdits objets. Par couche mince, on entend une couche dont l'épaisseur est du même ordre de grandeur que la plus petite dimension des objets. Le dépôt d'objets sur le timbre par pulvérisation présente plusieurs avantages. La pulvérisation est simple et rapide à réaliser. Elle ne nécessite pas d'équipement lourd ni onéreux. Elle permet de réaliser des motifs denses, homogènes et de tailles contrôlées, dont l'une au moins des dimensions est comprise entre 50 nm et 500 µm, bornes incluses, avec des objets tels que les nanoparticules, les microparticules, les micro-organismes, les bactéries, les nanofils, qui, jusqu'alors, ne pouvaient pas être déposés par les procédés d'encrage conventionnels (incubation ou trempage), sur un substrat non fonctionnalisé au préalable. D'une manière générale, la pulvérisation est compatible avec un grand nombre de solvants et permet de déposer une large gamme d'objets, qu'il s'agisse d'objets tels que ceux précités, d'autres entités biologiques ou de toutes autres molécules. Par ailleurs, le dépôt effectué par pulvérisation ne modifie pas la topographie du timbre et n'est également pas affecté par celle-ci. La pulvérisation peut être effectuée au moyen de tous types de dispositifs de pulvérisation connus, de manière manuelle ou automatisée. Afin de procéder à l'étape de pulvérisation, la suspension colloïdale de l'étape a) est introduite dans le réservoir d'un dispositif de pulvérisation. La surface du timbre est ensuite balayée.

La pulvérisation peut être effectuée directement sur la surface du timbre sans traitement préalable de ce dernier. Toutefois, en fonction du type d'objet à déposer et de la nature de la surface qui reçoit le dépôt, il peut être avantageux de traiter la surface du timbre préalablement à l'étape a) afin d'améliorer la qualité de dépôt et l'adhésion des objets déposés à la surface du timbre. Par exemple, dans le cas du dépôt de nano-objets de carbone notamment de nanotubes de carbone sur un timbre en PDMS, il est avantageux de traiter ledit timbre préalablement au dépôt par un plasma oxygène afin de le rendre plus hydrophile. Il est également possible de réaliser un traitement chimique de la surface du timbre, par exemple par greffage de molécules. D'une manière générale, en intervenant sur différents paramètres fonctionnels tels que la concentration de la suspension d'objets, la distance source-échantillon correspondant à la distance buse-timbre, le diamètre de la buse, la durée de dépôt, la pression de pulvérisation, les paramètres environnementaux (température, hygrométrie, etc.), les caractéristiques de la couche d'objets en termes de qualité de dépôt, de densité et d'épaisseur, peuvent être modulées. Par ailleurs, une optimisation des paramètres fonctionnels permettra l'évaporation rapide du ou des solvant(s) de la suspension colloïdale.

La pulvérisation est avantageusement effectuée au moyen d'une buse de pulvérisation de diamètre compris entre 100 et 500 µm, de préférence entre 200 et 400 µm, bornes incluses. La pression de poussée lors de la pulvérisation peut dépendre du dispositif de pulvérisation mis en oeuvre. La pulvérisation peut, par exemple, être effectuée avec une pression de poussée comprise entre 1 et 20 bar, de préférence entre 1 et 10 bar, et plus préférentiellement encore entre 3 et 7 bar, bornes incluses. Au sens de l'invention, par « pression de poussée », on entend la pression nécessaire pour projeter de fines gouttelettes de suspension colloïdale d'objets sur un substrat, la surface d'un timbre par exemple.

La pression de poussée de la pulvérisation est obtenue avec un gaz ou un mélange de gaz choisi(s) parmi l'azote, l'air (mélange de gaz comprenant au moins 78% de N2 et 20% de 02). La pulvérisation peut être effectuée à une température comprise entre 15 et 100°C, bornes incluses. De préférence, la pulvérisation est effectuée à une température comprise entre 20 et 30 °C, bornes incluses. La distance source-échantillon, qui correspond à la distance entre la buse de pulvérisation et la surface du timbre, peut être par exemple au moins 10 cm, de préférence de 15 à 45 cm, plus préférentiellement encore de 20 à 30 cm, bornes incluses. La durée de pulvérisation peut être de 1 seconde à 10 minutes, de préférence de 5 secondes à 7 minutes, bornes incluses.

Il est à noter que les différents paramètres de pulvérisations (température, distance source échantillon, durée, concentration de la suspension) sont liés et interdépendants et peuvent, en outre, dépendre du dispositif de pulvérisation mis en oeuvre. Comme déjà indiqué, les paramètres environnementaux comme la température et/ou le taux d'humidité (hygrométrie) ont également leur importance et peuvent affecter la pulvérisation et donc la qualité de dépôt effectué à la surface du timbre et subséquemment la qualité de l'impression. De préférence, la pulvérisation est effectuée dans un environnement stable, par exemple lorsque la température à l'extérieur du pulvérisateur est comprise entre 15 et 25°C, bornes incluses, et/ou le taux d'humidité est compris entre 20 et 40%, bornes incluses. Les paramètres de pulvérisation peuvent être adaptés en fonction de la nature de la suspension colloïdale à pulvériser, de la nature de la surface qui reçoit le dépôt et des caractéristiques de dépôt souhaitées. L'ajustement de la distance buse-timbre, du diamètre de la buse et de la température permet le dépôt des objets sur le timbre et l'évaporation rapide du ou des solvant(s) de la suspension colloïdale comprenant lesdits objets. Ainsi, le contact prolongé entre le timbre et le ou les solvants de la suspension colloïdale est évité. Contrairement à l'incubation ou le trempage, la pulvérisation ne nécessite pas de quantité importante de suspension d'objets pour couvrir rapidement de grandes surfaces (quelques millilitres de suspension comme, par exemple, 1 millilitre pour quelques centimètres carrés comme, par exemple, 2 cm2). Comme déjà indiqué, la pulvérisation évite une mise en contact prolongée du timbre avec le solvant de la suspension colloïdale d'objets, du fait que le(s) solvant(s) s'évapore(nt) lors du trajet buse-substrat. Par ailleurs, de nombreux solvants et objets sont compatibles avec le procédé de pulvérisation. La qualité des motifs finaux sur le substrat s'avère dépendante de la qualité de l'encrage et par conséquent, de l'étape de pulvérisation. Comme déjà indiqué, la technique d'encrage par pulvérisation selon la présente invention, permet un dépôt homogène et dense de nano-objets sur de grandes surfaces, par exemple comprise entre 1 mm2 et 314 cm2, et ce sans problème d'adsorption non spécifique, c'est-à-dire sans dépôt en dehors des motifs définis.

D'autre part, le dépôt par pulvérisation permet de réaliser des motifs dont l'une au moins des dimensions latérales (en effet l'épaisseur de ces motifs peut être proche du nanomètre) est micrométrique voire submicrométrique, avantageusement par impression micro-contact, des objets qui ne peuvent pas être déposés de manière dense et homogène par incubation ou par trempage.

Un autre avantage de la pulvérisation, comme technique de dépôt, est que les couches déposées sur le substrat, après impression, ont la même composition que les couches déposées sur le timbre. Il n'y a donc aucune modification physico-chimique de nano-objets que ce soit au niveau de l'encrage ou de l'impression. La surface du timbre sur laquelle la pulvérisation est effectuée, est en un matériau choisi parmi le polydiméthylsiloxane (PDMS), le polyméthylméthacrylate (PMMA), les polyuréthanes, les polyépoxydes, les polyimides. Cette surface est de préférence en polydiméthoxysilane (PDMS). Elle peut être déposée sur un support, par exemple en verre, en silicium, en plastique. Le PDMS est un matériau particulièrement intéressant, car il est optiquement transparent jusqu'à une épaisseur d'environ 300 nm, thermiquement stable jusqu'à 150°C, inerte vis-à-vis de la plupart des produits chimiques utilisés, et a des propriétés physiques souhaitables comme par exemple l'élasticité (le module d'Young de PDMS est de 2 MPa). Sa faible énergie de surface permet une libération facile des espèces adsorbées à sa surface lors de l'étape d'impression. Il a une faible dilatation thermique. Le timbre utilisé dans le procédé de l'invention est, de préférence, un timbre à surface en PDMS. Ce matériau est moulé rapidement et à bas coût sur des surfaces de silicium structurées à petite échelle, c'est-à-dire des structures dont l'une au moins des dimensions est comprise entre 50 nm et 500 µm, bornes incluses, par des techniques de microfabrication issues de la microélectronique (« moules »). Après moulage et réticulation, le timbre en PDMS présente à sa surface des motifs topographiques, conformes à ceux existants dans le moule de silicium. La profondeur des motifs peut être comprise entre 30µm et 50nm. La profondeur du timbre en PDMS ainsi structuré, est supérieure à l'épaisseur des objets à déposer. Cela permet donc un dépôt conforme aux microstructures du timbre de PDMS, sur la surface du substrat à l'issue de l'étape de transfert.

Dans le procédé de l'invention, le traitement chimique spécifique du timbre, préalablement au dépôt par pulvérisation, n'est pas nécessaire. En effet, les timbres non traités notamment en PDMS, possèdent une surface fortement hydrophobe, qui adsorbent facilement une quantité suffisante d'objets en quelques secondes tout en permettant leur transfert ultérieur, par un simple contact, sur le substrat. De plus, les objets sont transférés sur le substrat selon des motifs qui correspondent précisément aux motifs à la surface du timbre employé. Lorsque le timbre utilisé est un timbre en PDMS, l'étape d'encrage du timbre par pulvérisation présente, en outre, l'avantage d'empêcher une éventuelle contamination du substrat par des fragments de siloxane, qui peuvent être transférés en même temps que les objets, de la surface du timbre vers la surface du substrat lors de l'étape d'impression et donc d'affecter la qualité de l'impression. Ce phénomène de contamination du substrat par des fragments de siloxane est observé, plus particulièrement, lorsque l'étape d'encrage est effectuée par incubation ou par trempage et que la surface en PDMS du timbre est en contact direct et prolongé avec des solvants. Après le dépôt des objets sur la surface du timbre, le timbre est mis en contact avec la surface d'un substrat. Les objets de la surface du timbre sont alors transférés vers la surface du substrat. Les motifs d'objets sont ainsi transférés sur le substrat selon des motifs qui correspondent précisément aux motifs créés à la surface du timbre employé. Les motifs d'objets formés sur la surface du substrat à l'issue de l'étape b), sont micrométriques voire submicrométriques, conformes à ceux du timbre, c'est-à-dire que l'une au moins des dimensions desdits motifs est comprise entre 50 nm et 500 µm, bornes incluses.

Le substrat à la surface duquel les motifs d'objets sont formés, peut être de nature différente suivant l'application visée. Le substrat peut être choisi parmi les métaux tels que le fer, le cuivre, l'aluminium ; le silicium ; le SiO2 ; le verre ; le quartz ; les polymères tels que le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), les polyglycolides (PGA), le polyéthylène téréphtalate (PET), le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ; les céramiques telles que l'alumine ; le textile ; le papier. Selon le type d'objet, le type du substrat (un substrat transparent, comme par exemple le verre ou le quartz), et lorsque l'épaisseur déposée sur le substrat ne dépasse pas 111m par exemple, la transparence du substrat peut être conservée après l'étape d'impression. La surface du substrat peut éventuellement être traitée afin de permettre de fixer plus fortement les objets transférés après la mise en contact dudit timbre avec la surface dudit substrat à l'issue de l'étape b), et de les maintenir sur ladite surface notamment après l'enlèvement du timbre. Dans ce but, le substrat peut être revêtu d'une ou de plusieurs couches par exemple, d'oxydes, de métaux, d'ITO (In2O3,SnO2). D'autres procédés connus pour le traitement de surface, peuvent également être utilisés. A ce titre on peut citer, par exemple, les procédés décrits par JC. Cau et al. (Microelectronic Engineering 85, pp. 1143-1146, 2008). Comme indiqué, lors de l'application du timbre, les motifs d'objets sont transférés à la surface du substrat. Dans certains cas, il peut être nécessaire d'utiliser , un solvant pour faciliter l'étape de transfert. Le solvant peut être choisi parmi l'eau, le méthanol, l'éthanol, le propanol, l'isopropanol, le n-butanol, l'éther éthylique, le THF, le chloroforme, le DMSO, le toluène, le dichlorométhane, l'acétone, l'hexane, le milieu de culture si les objets sont biologiques, et le mélange d'au moins deux de ceux-ci. On peut, par exemple, appliquer 10 à 20 µl de solvant(s) sur le substrat. Le taux de transfert des objets de la surface du timbre vers la surface du substrat à l'issue de l'étape b) est au moins de 50 à 100 %, avantageusement de 70 à 100%. Selon un mode de réalisation avantageux, le taux de transfert est de 100%. Par taux de transfert, on entend la quantité d'objets effectivement déposée sur le substrat à l'étape b) par rapport à la quantité initiale d'objets déposée sur le timbre à l'étape a). La qualité de l'encrage, de l'impression ainsi que le taux de transfert des objets, dans le procédé de l'invention, sont contrôlés à différents stades et de manières différentes. Le premier contrôle de la qualité de l'encrage peut être visuel. Il permet de vérifier l'homogénéité macroscopique du dépôt. De plus, dans le cas d'objets conducteurs, la formation de la couche peut être suivie en temps réel grâce à un montage électrique, par exemple, composé de deux électrodes placées de part et d'autre du timbre lors de l'étape de l'encrage. La conductivité électrique qui est liée à la quantité d'objets déposée, peut être mesurée par un multimètre. Enfin, a posteriori, c'est-à-dire après l'impression sur le substrat, des observations et mesures peuvent être réalisées sur le substrat imprimé au microscope électronique à balayage (MEB) et au microscope à force atomique (AFM). Le procédé selon l'invention peut être utilisé dans de nombreux domaines industriels.

Ainsi, la présente invention a pour objet, l'utilisation du procédé selon l'invention, pour : - traiter des surfaces en optique ou en microélectronique ; - permettre l'étude systématisée d'objets biologiques ; - permettre des études systématisées des propriétés des objets déposés ; - fabriquer des supports pour l'ingénierie tissulaire ou pour la culture de cellules ; - générer des pistes d'interconnexion à base de nanotubes de carbone. L'invention concerne également un procédé de génération de pistes d'interconnexion à base de nanotubes de carbone caractérisé en ce qu'on utilise un substrat à la surface duquel des motifs de nanotubes de carbone sont formés par le procédé selon l'invention. L'invention concerne encore plus particulièrement, un procédé de croissance de cellules neuronales et/ou de différenciation de cellules souches caractérisé en ce qu'on utilise un substrat à la surface duquel des motifs de nanotubes de carbone sont formés par le procédé de l'invention.

D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention pourront encore apparaître à la lecture des exemples ci-dessous donnés à titre illustratif et les figures annexées. - La Figure 1 représente des surfaces typiques en PDMS préparées pour la culture cellulaire 2D. L'image a) représente une image en microscopie électronique à balayage (MEB) de la surface d'un timbre en PDMS comportant des microsillons. L'image b) représente une image en microscopie électronique à balayage (MEB) de la surface d'un timbre en PDMS comportant des microsillons, ladite surface étant recouverte entièrement par une fine couche de nanotubes de carbone à double paroi (double-walled carbon nanotubes ou DWCNT en anglais) de 50 à 150nm d'épaisseur, déposée selon le procédé de l'invention. - La Figure 2 est une représentation schématique de la méthode mise en oeuvre pour générer des motifs de nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT) à la surface d'un substrat. Dans la partie a) la surface du timbre en PDMS est préalablement activée par plasma avec oxygène. La suspension colloïdale de DWCNT est ensuite pulvérisée sur la surface dudit timbre. Dans la partie b) le timbre est mis en contact avec la surface mouillée (éthanol) du substrat en SiO2. - La Figure 3 représente les images en microscopie électronique à balayage (MEB) du substrat en SiO2 après le transfert des nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT). Les motifs se présentent sous forme de lignes ayant une largeur entre 201.lm (à gauche) et 7µm (à droite). L'image de gauche représente des réseaux périodiques de lignes droites parallèles. L'image de droite représente des réseaux spécifiques de lignes formant un angle de 90°. - La Figure 4 représente une image en microscopie à force atomique montrant un motif typique de nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT) formé par l'impression par micro-contact. La partie inférieure trace le profil obtenu sur une coupe du dépôt de nanotubes de carbone, et montre le relief. - La Figure 5 représente les images en microscopie électronique à balayage (MEB) de couches de nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT) déposées selon le procédé de l'invention. L'image a) représente une couche de DWCNT avant l'élimination des traces de SDS (les flèches montrent des exemples de traces de SDS). L'image b) représente une couche de DWCNT après l'élimination des traces de SDS par nettoyage plasma radio-fréquence. - La Figure 6 représente la densité cellulaire des cellules Neuro2a cultivées pour différents états de surface du substrat. La densité de cellules Neuro2a (nombre de cellules Neuro2a par mm2) est indiquée en ordonnées. Les différents substrats à la surface desquels les cellules Neuro2a ont été cultivées, sont indiqués en abscisse. Les substrats utilisés sont le SiO2, le SiO2 dont la surface est recouverte d'une couche fine et continue de DWCNT, et le SiO2 comportant des motifs de DWCNT.

L'insert montre la proportion de différenciation des cellules neuronales sur le SiO2 comportant des motifs de DWCNT. La proportion de cellules différenciées est plus élevée sur les motifs de DWCNT que sur la surface en SiO2 entre les motifs de DWCNT. - La Figure 7 représente les images en microscopie à balayage (MEB) de cellules Neuro2a cultivées sur un substrat en SiO2 (lettre b) avec des motifs de DWCNT (lettre a) à sa surface. Les motifs de DWCNT sont des réseaux de lignes de largeurs micrométriques et des lignes de largeurs micrométriques formant un angle droit. - La Figure 8 représente l'encrage d'un timbre par incubation d'une suspension de microsphères de polymère fluorescentes (en gris). L'image représente la fluorescence de la surface du timbre après encrage, on observe les microsphères en gris et on distingue les motifs micrométriques du timbre. - La Figure 9 représente l'observation de lamelles de verre après transfert des 15 microsphères depuis le timbre de PDMS. - La Figure 10 représente l'image optique du timbre. L'image de droite est l'image optique du timbre après le dépôt des microsphères de polymère. L'image de gauche est l'observation du timbre avant le dépôt de microsphères de polymère par pulvérisation. 20 - La Figure 11 représente des images optiques du timbre et du substrat (lamelle de verre). L'image de gauche est l'image optique de la géométrie du timbre, avant dépôt de microsphères. L'image de droite est l'image optique en fluorescence da la lamelle de verre, après transfert des microsphères du timbre. - La Figure 12 représente un dispositif d'alignement de timbre PDMS sur 25 électrodes. - La Figure 13 représente des connexions de DWCNT entre des électrodes en or et platine. - La Figure 14 représente la comparaison de la continuité d'un tapis de nanotubes au niveau du bord d'une électrode dans le cas d'un dépôt direct (gauche) ou 30 par microcontact printing avec encrage par pulvérisation (droite).

EXEMPLES EXEMPLE 1 : Fabrication de substrat pour culture 2D a- Préparation du timbre en PDMS Les timbres consistent en un matériau élastomérique microstructuré inerte et biocompatible, le polydiméthylsiloxane (PDMS). Le PDMS est microstructuré de manière conventionnelle, en utilisant un procédé de moulage simple mettant en oeuvre un moule en silicium. Les microstructures sont générées par lithographie par ultraviolets proches (proximity UV lithography en anglais) et par gravure profonde par ions réactifs (deep Reactive Ion Etching (RIE) en anglais). Un traitement anti- adhésif du moule est réalisé utilisant la silanisation en phase liquide avec de l'octadécyltrichlorosilane (OTS), afin de permettre un démoulage facile de l'empreinte polymérique, après le traitement thermique. La solution de PDMS pré-polymère Sylgard 184 (commercialisée par la société Dow Corning) contenant un mélange d'oligomères de PDMS et d'un agent de réticulation Sylgard 184 (dans un rapport de masse 10:1, Dow Corning), est versée dans un moule en silicium et traitée thermiquement à 80°C pendant 3 heures. A la fin du traitement, les timbres sont enlevés du moule puis coupés en morceaux de 2cm x 2cm. Les motifs utilisés dans ce travail sont des réseaux périodiques de lignes 20 droites de différentes largeurs et de lignes présentant un angle de 90°. b- Preparation de la suspension colloïdale Les nanotubes de carbone à double paroi (double-walled carbon nanotubes ou DWCNT en anglais) utilisés dans ce travail ont été préparés en interne par la technique de dépôt chimique catalytique en phase vapeur, par la décomposition de 25 CH4 à 1000°C (mélange H2:CH4 à pression atmosphérique) (E. Flahaut et al., Chem. Commun., pp. 1442-1443, 2003). Après l'élimination du catalyseur (HCl), l'échantillon contient approximativement 80% de nanotubes de carbone à double paroi, le reste étant principalement des nanotubes de carbone à simple paroi (environ 15%) et à triple paroi. La forte proportion de nanotubes de carbone métalliques peut 30 présenter certains avantages pour l'ingénierie tissulaire des neurones pouvant par exemple permettre des stimulations électriques par la suite.

Afin d'obtenir une suspension colloïdale stable de nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT) et d'éviter l'agrégation desdits nanotubes, un tensioactif est utilisé. Des nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT) purifiés et du dodécylsulfate de sodium (SDS) sont mélangés avec de l'eau ultra-pure avec un rapport de masse 1 :10 (DWCNT : 0,1%, SDS : 1%). Le mélange est soniqué pendant 30 minutes (Sonics Vibra Cell) à une puissance de 150W, sous refroidissement dans un bain de glace. Le mélange apparaît alors comme une suspension stable noire qui est de nouveau dispersée dans l'eau ultra-pure et purifiée par centrifugation (16 000 tr/min pendant 30 minutes). c- Génération de la couche de nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT) Pour obtenir une couche homogène de nanotubes de carbone à la surface de PDMS, le PDMS est préalablement traité par plasma radio-fréquence pendant 30 secondes (Gravure par Ions Réactifs, processeur plasma micro-onde Tepla 300, puissance = 200W, Température=40°C, débit 02 = 1000ml/min, Pression = 1,65 mBars). La suspension colloïdale de DWCNT est ensuite pulvérisée pendant cinq minutes sur la surface du PDMS, à l'aide d'un dispositif de pulvérisation manuelle. La distance entre la surface de PDMS et la buse de pulvérisation est de 20cm. Le caractère hydrophile de la surface en PDMS a permis un bon étalement des gouttelettes éjectées résultant en une couche homogène dense de nanotubes de carbone à double paroi sur la surface du polymère comme le montre la Figure 1. d- Formation de motifs avec des nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT) utilisant l'impression par micro-contact selon le procédé de l'invention Une fois que la surface du timbre en PDMS est recouverte par une couche de nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT), le timbre est mis en contact avec la surface d'un substrat en SiO2. Pour transférer les DWCNT, une goutte d'éthanol est placée sur le substrat en SiO2. La goutte d'éthanol se répand et forme un film mince sur toute la surface. Le timbre en PDMS est ensuite mis en contact avec la surface mouillée de SiO2. L'ensemble a été placé dans un four à 100 ° C pendant 30 minutes.

Le timbre est ensuite enlevé et des motifs de nanotubes de carbone à double paroi sont formés sur la surface de SiO2, comme le montre la Figure 2 qui résume le principe de la méthodologie de formation des motifs de DWCNT à la surface d'un substrat en SiO2. La Figure 3 montre les motifs de nanotubes de carbone ainsi générés. La Figure 4 est une image d'une zone comportant un motif de nanotubes de carbone obtenue par microscopie atomique. Le profil correspondant est tracé et montre que la couche de nanotubes déposée par le procédé de l'invention a une hauteur de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres. e- Préparation des échantillons pour culture cellulaire Comme mentionné précédemment, avant la pulvérisation de la suspension colloïdale de nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT), lesdits nanotubes sont stabilisés dans l'eau en utilisant le dodécylsulfate de sodium (SDS) comme tensioactif. Les nanotubes DWCNT et le tensioactif sont donc co-déposés au cours de la pulvérisation. L. Dong et coll. (L. Dong, KL. Joseph, C. Witkowski, MM. Craig, nanotechnologie, 2008, 19,255702) ont démontré que le SDS peut être toxique pour les cellules. Ainsi, il est particulièrement important d'être en mesure d'éliminer les traces de SDS des substrats avant de procéder à la culture cellulaire. Une solution possible peut être d'éviter l'utilisation de ce tensioactif. Or, dans le cas présent, les meilleurs résultats de formation de motifs sont obtenus avec des suspensions de DWCNT contenant du SDS. Il a donc été choisi d'éliminer le SDS après l'étape de formation des motifs. Pour ce faire, les substrats comportant des motifs à leur surface sont traités par plasma radio-fréquence pendant 30 secondes (Gravure par Ions Réactifs, processeur plasma micro-onde Tepla 300, puissance = 200W, Température=40°C, débit 02 = 1000ml/min, Pression = 1,65 mBars). La Figure 5 montre des images en microscopie électronique à balayage (MEB) de substrats imprimés avec et sans ce traitement.

Tous les substrats ont été stérilisés aux rayons UV pendant 30 minutes. L'optimisation de ce traitement de nettoyage post-dépôt permet un plus grand choix de tensioactifs possibles pour stabiliser tout type de suspension. Culture Cellulaire Les cellules de neuroblastome de souris Neuro2a ont été cultivées dans un 30 milieu DMEM supplémenté avec 10% de sérum foetal bovin (PAA Laboratories) et de la streptomycine 1% de pénicilline (GIBCO) dans des boîtes de Pétri (Falcon).

Les cellules ont été sous cultivées deux fois par semaine, et maintenues à 37°C et 5% de CO2. Toutes les expériences rapportées ont été effectuées en utilisant des cellules ayant été sous-cultivées moins de 20 fois.

Les cellules Neuro2a ont été ensemencées sur des substrats à une densité de 1,2 x 104 cellules/cm2. Les cellules ont été incubées pendant 24 heures puis différenciées en substituant le milieu DMEM par un DMEM préchauffé contenant 0,1% BSA (albumine de sérum-bovin, Euromedex) BSA. Les cellules ont ensuite été maintenues à 37°C pendant 48 heures avant d'être 10 fixées avec du paraformaldéhyde 3,5% (Sigma) pour la caractérisation. Observations en microscopie électronique à balayage (MEB) Les observations en microscopie électronique à balayage (MEB) ont été faites afin de voir simultanément les motifs DWCNT et les cellules Neuro2a. Les substrats obtenus après la culture cellulaire ont été rincés et directement utilisés pour 15 l'observation au MEB. La Figure 7 montre les résultats obtenus de culture de cellules Neuro2a sur motifs de DWCNT. Les cellules Neuro2a sont préférentiellement localisées sur les motifs de DWCNT. Ces observations ont été complétées par l'imagerie optique fluorescente, qui a permis d'étudier le comportement des cellules sur une grande population et également 20 a rendu possible le marquage fluorescent de certaines structures sous-cellulaires (actine, noyau, etc.). Ainsi, la densité de cellules a été dénombrée sur les différents substrats de culture : SiO2, SiO2 comportant une couche continue de DWCNT et un substrat de SiO2 comportant des motifs en ligne de DWCNT. Les résultats de ces quantifications sont présentés sur la figure 6. De même, dans ce dernier cas (motifs de 25 DWCNT), la localisation des cellules a été observée. L'encart de la Figure 6 met en évidence que les cellules Neuro2a se développent préférentiellement (à plus de 80%) sur les motifs de DWCNT. EXEMPLE 2 : Création de connexions pour la nanoélectronique : a- Préparation du timbre en PDMS 30 Les timbres consistent en un matériau élastomérique microstructuré inerte et biocompatible, le polydiméthylsiloxane (PDMS). Le PDMS est microstructuré de manière conventionnelle, en utilisant un procédé de moulage simple sur un substrat de silicium préalablement microstructuré. Les microstructures sont générées sur le moule en silicium par photolithographie UV de proximité (proximity UV lithography en anglais) et par Gravure Ionique Profonde Réactive (Deep Reactive Ion Etching (DRIE) en anglais). Un traitement anti-adhésif du moule est réalisé par silanisation en phase liquide avec de l'octadécyltrichlorosilane (OTS), afin de permettre un démoulage facile de l'empreinte polymérique, après le traitement thermique. La solution de PDMS pré-polymère Sylgard 184 (commercialisée par la société Dow Corning) contenant un mélange d'oligomères de PDMS et d'un agent de réticulation Sylgard 184 (dans un rapport de masse 10:1, Dow Corning), est versée dans un système qui permet d'obtenir des timbres d'épaisseur homogène et contrôlée et traitée thermiquement à 80°C pendant 3 heures pour effectuer la réticulation de l'élastomère. Des lames de verre de 2cm x 2cm sont appliquées sur le PDMS avant réticulation pour empêcher mécaniquement tous phénomènes de retrait du timbre.

Les motifs utilisés dans ce travail sont dessinés de manière à connecter des électrodes préalablement crées sur le substrat et dont la réalisation est détaillée à l'étape d. Des motifs d'alignement optique de types Moiré (complémentaires à ceux inscrits sur le substrat) sont également présents à la surface du timbre. Ce type de timbre permet ainsi de déposer des nano-objets suivant des motifs qu'il est possible d'aligner par rapport à des motifs préexistants à la surface de l'échantillon. Cette capacité est primordiale pour les applications visant le secteur de la nanoélectronique. b- Préparation de la suspension colloïdale Les nanotubes de carbone à double paroi (double-walled carbon nanotubes ou DWCNT en anglais) utilisés dans ce travail ont été préparés en interne par la technique de dépôt chimique en phase vapeur, par la décomposition de CH4 à 1000°C (mélange H2:CH4 à pression atmosphérique) (E. Flahaut et al., Chem. Commun., pp. 1442-1443, 2003). Après l'élimination du catalyseur (HCl), l'échantillon contient approximativement 80% de nanotubes de carbone à double paroi, le reste étant principalement des nanotubes de carbone à simple paroi (environ 15%) et à triple paroi.

Afin d'obtenir une suspension colloïdale stable de nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT) et d'éviter l'agrégation desdits nanotubes, un tensioactif est utilisé. Des nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT) purifiés et du dodécylsulfate de sodium (SDS) sont mélangés avec de l'eau ultra-pure avec un rapport de masse 1 :10 (DWCNT : 0,1%, SDS : 1%). Le mélange est dispersé aux ultrasons pendant 30 minutes (Sonics Vibra Cell) à une puissance de 150W, en refroidissant dans un bain de glace. Le mélange apparaît alors comme une suspension stable noire qui peut être diluée dans l'eau ultra-pure et purifiée par centrifugation (centrifugation 16 000 tr/min pendant 30 minutes). c- Encrage du timbre de PDMS par pulvérisation de la solution de nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT) Pour obtenir une couche homogène de nanotubes de carbone à la surface de PDMS, le PDMS est préalablement traité par un nettoyant plasma radio-fréquence pendant 30 secondes (Gravure par Ions Réactifs, processeur plasma micro-onde Tepla 300, puissance = 200W, Température=40°C, débit 02 = 1000ml/min, Pression = 1,65 mBars). La suspension colloïdale de DWCNT est ensuite pulvérisée pendant cinq minutes sur la surface du PDMS, à l'aide d'un dispositif de pulvérisation manuelle. La distance entre la surface de PDMS et la buse de pulvérisation est de 20cm. Le caractère hydrophile de la surface en PDMS a permis un bon étalement des gouttelettes éjectées résultant en une couche homogène dense de nanotubes de carbone à double paroi sur la surface du polymère comme le montre la Figure 1. d- Préparation des microélectrodes Des paires d'électrodes constituées de deux contacts de 50µm2 à leurs extrémités et mesurant 125µm de long et 25 µm de large et espacées de distance allant de 2 à 50 gm sont dessinées en chrome sur du verre afin de réaliser un masque de photolithographie. Un wafer de silicium est oxydé thermiquement pour obtenir une couche isolante d'oxyde de silicium de 300nm d'épaisseur. Une résine photosensible est déposée et sélectivement insolée à travers le masque comportant le motif des électrodes. La résine non insolée est dissoute. Un protocole de photolithographie classiquement utilisé dans la microélectronique est utilisé lors de ces étapes. Un dépôt de titane puis d'or (ou platine) d'épaisseurs respectives de 10nm et 100nm est effectué. Un procédé de « lift-off » est réalisé pour obtenir les électrodes planes souhaitées. Des marques d'alignement de type Moiré sont également présentes sur le dessin du masque. e- Alignement Le timbre en PDMS, supporté par la lame de verre, est placé en vis-à-vis du substrat à une distance de 20 µm à 100 µm. Le wafer de silicium est placé sur un plateau dont le déplacement est contrôlé (Station Karl Suss Pa200). Un contrôle en température du substrat est également possible. Le timbre en PDMS est aligné sur les électrodes grâce à un microscope situé au dessus du système considéré. L'alignement suivant les motifs de Moiré complémentaire permet une précision submicrométrique en utilisant un seul objectif. La Figure 12 est une représentation du dispositif d'alignement susmentionné. f- Formation de motifs avec des nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT) 15 utilisant l'impression par micro-contact Une fois que la surface du timbre en PDMS est encrée par pulvérisation par une couche de nanotubes de carbone à double paroi (DWCNT), le timbre est mis en contact avec le wafer de silicium équipé d'électrodes. Pour transférer les DWCNT, une goutte d'éthanol est placée sur le wafer. La goutte d'éthanol se répand et forme un 20 film mince sur toute la surface. Le timbre en PDMS est ensuite mis en contact avec la surface et les électrodes. La température du substrat est alors montée à 100°C pendant 30 min. Le timbre est ensuite enlevé et des motifs de nanotubes de carbone à double paroi sont formés entre les électrodes. La Figure 13 représente des connexions de DWCNT entre des électrodes en or et platine, réalisées selon le procédé de l'invention. 25 g- Résultats Ces connexions de nanotubes peuvent être alors utilisées comme dispositifs de détection (gaz, espèce chimique, rayonnement, etc.) ou pour des applications en tant que connexions. Cette technique permet l'obtention d'une couche microstructurée homogène, dense, et continue (voir Figure 14), en apportant des améliorations 30 significatives par rapport à l'état de l'art.

EXEMPLE 3 : Comparaison de l'encrage par incubation et de l'encrage par pulvérisation pour le transfert de micro-objets sur un substrat à l'aide de timbres en PDMS Les micro-objets utilisés dans ce travail sont des microsphères de polymère de 11.tm de diamètre (Fluoro-max, Thermoscientific). Ces microsphères sont fluorescentes pour une longueur d'onde d'excitation autour de 504nm. La suspension est utilisée en l'état, à 1% de volume solide. Les timbres utilisés sont en PDMS (Sylgard 184) et comportent des motifs dont l'une au moins des dimensions est micrométrique.

A. Incubation et transfert sur un substrat A.1 Incubation Le timbre de PDMS est traité au plasma oxygène, pendant 30 secondes avec une puissance de 200W (nettoyant plasma radio-fréquence (Gravure par Ions Réactifs, processeur plasma micro-onde Tepla 300, puissance = 200W, Température=40°C, débit 02 = 1000m1/min, Pression = 1,65mBars)). La suspension colloïdale de microsphères est agitée à l'aide d'un vortex pendant 45 secondes. Une goutte de 800µL est ensuite directement déposée à l'aide d'une micropipette sur la surface du timbre comportant les micromotifs. Cette goutte est laissée en contact avec la surface pendant 5 minutes puis est retirée à l'aide d'une micropipette. La surface du timbre est alors séchée à l'aide d'un flux continu d'azote pendant 30 secondes. La surface du timbre après encrage par incubation est observée au microscope optique à fluorescence. Un exemple d'observation est présenté sur la Figure 8.

La Figure 8 montre bien que l'encrage du timbre n'est pas homogène : il y a des zones où les microsphères se sont accumulées et de larges zones sans microsphères. A.2 Transfert Le transfert des microsphères est réalisé sur une lamelle de verre préalablement traitée au plasma oxygène (durée : 5 minutes, puissance : 800W ((Gravure par Ions Réactifs, processeur plasma micro-onde Tepla 300, puissance = 200W, Température=40°C, débit 02 = 1000m1/min, Pression = 1,65mBars)). Une goutte de 100µL d'eau désionisée est déposée sur la lamelle de verre afin d'améliorer le transfert des microsphères sur la lamelle de verre. La surface du timbre, ayant reçu le dépôt de microsphères par incubation, est mise en contact avec la lamelle de verre humide. Directement après le contact, l'ensemble « lamelle de verre-timbre » est placé dans une étuve à 100°C pendant 3 minutes. Le timbre est finalement retiré de la lamelle de verre puis cette dernière est observée au microscope optique à fluorescence (Figure 9). L'encrage par incubation n'ayant pas mené à la formation d'une couche homogène et continue de micro-objets sur le timbre, le résultat du transfert de ces objets du timbre au substrat d'accueil n'est pas homogène et présente de larges zones sans objets. Il est quasiment impossible de reconnaître les motifs attendus sur le résultat final. Afin de pouvoir comparer les méthodes d'incubation et de pulvérisation, seuls les paramètres concernant les étapes d'incubation et de pulvérisation changent. Tous les paramètres fonctionnels expérimentaux restent inchangés. B. Pulvérisation et transfert sur un substrat B.1 Dépôt par pulvérisation Le timbre de PDMS est traité au plasma oxygène, pendant 30 secondes avec 20 une puissance de 200W. La suspension colloïdale de microsphères est agitée à l'aide d'un vortex pendant 45 secondes. Cinq millilitres de cette suspension sont ensuite introduits dans le réservoir du système de pulvérisation manuelle. L'ouverture de la buse du système est de 25 300µm, la distance séparant le timbre de PDMS et la buse de sortie s'élève à 30cm. Le dépôt par pulvérisation dure 60 secondes (le réservoir contenant la suspension de microsphères n'est pas vide après ce dépôt). La surface du timbre, ayant reçu le dépôt de microsphères par pulvérisation, est observée par microscopie optique à fluorescence (Figure 10). 30 L'encrage du timbre est homogène, il n'y a pas de zones dépourvues de microsphères.

B.2 Transfert Le protocole de transfert est identique à celui décrit au paragraphe A.2. Le transfert des microsphères est réalisé sur une lamelle de verre préalablement traitée au plasma oxygène (durée : 5 minutes, puissance : 800W ((Gravure par Ions Réactifs, processeur plasma micro-onde Tepla 300, puissance = 200W, Température=40°C, débit 02 = 1000m1/min, Pression = 1,65mBars)). Une goutte de 100µL d'eau dé ionisée est déposée sur la lamelle de verre afin d'améliorer le transfert des microsphères sur la lamelle de verre. La surface du timbre, ayant reçu le dépôt de microsphères par incubation, est mise en contact avec la lamelle de verre humide. Directement après le contact, l'ensemble « lamelle de verre-timbre » est placé dans une étuve à 100°C pendant 3 minutes. Le timbre est finalement retiré de la lamelle de verre puis cette dernière est observée au microscope optique à fluorescence (Figure 11). Le transfert du timbre vers la lamelle de verre est fidèle à la géométrie du 15 timbre. Le dépôt ainsi réalisé permet d'obtenir des motifs micrométriques (ici entre 20µm et plusieurs centaines de µm) d'objets micrométriques. CONCLUSION Les exemples montrent que l'invention peut être utilisée pour réaliser les motifs contrôlés de divers types de nano-objets (nanotubes et microparticules de 20 polymères). L'exemple 3 établit l'avantage de réaliser l'encrage des timbres par pulvérisation qui surpasse l'état de l'art actuel basé sur l'incubation. En effet, cet exemple montre que : - l'encrage par incubation ne permet pas la formation d'une couche homogène et 25 continue de micro-objets sur le timbre ; le transfert de ces objets du timbre au substrat d'accueil n'est pas non plus homogène et présente de larges zones sans objets ; - l'encrage du timbre par pulvérisation est homogène et qu'il n'y a pas de zones dépourvues de microsphères ; le transfert des microsphères du timbre vers la lamelle de verre est également homogène et fidèle à la géométrie du timbre.

30 Les exemples 1 et 2 montrent que la présente invention peut être utilisée avantageusement dans le domaine de la biologie et de l'ingénierie tissulaire (culture contrôlée de cellules neuronales sur des motifs de nanotubes de carbone), ainsi que dans le domaine de nanoélectronique (fabrication d'interconnexions électroniques par impression directe).

Claims (17)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de formation de motifs d'objets sur la surface d'un substrat, par lithographie douce, en particulier par l'impression par micro-contact (µCP), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) dépôt, par pulvérisation, d'objets en suspension colloïdale dans un solvant ou un mélange de solvants, à la surface d'un timbre, b) transfert des objets de la surface dudit timbre vers la surface du substrat par mise en contact dudit timbre avec la surface dudit substrat.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, de plus, avant l'étape a), une étape de préparation de la suspension colloïdale d'objets.
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que préalablement à l'étape a), la surface du timbre est traitée.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les objets sont choisis dans le groupe constitué par : - des nano-objets de carbone comme les nanotubes de carbone, les fullerènes, les 20 nanofibres de carbone, les nanoparticules de carbone, le graphène, - des nanoparticules et/ou nanofils de métal comme l'or (Au), le platine (Pt), le nickel (Ni) et leurs oxydes ; de semi-conducteur comme le silicium (Si), le phosphure d'indium (InP), le nitrure de gallium (GaN) ; d'oxydes métalliques comme le TiO2, le ZnO, 25 - des objets biologiques choisis parmi l'ADN, les cellules, les microorganismes, les bactéries, les protéines, les anticorps, les virus.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans la suspension colloïdale à l'étape a), le solvant est choisi parmi l'eau, le 30 méthanol, l'éthanol, le propanol, 1'isopropanol, le n-butanol, l'éther éthylique, le THF, le chloroforme, le DMSO, le toluène, le dichlorométhane, l'acétone, l'hexane, le1 milieu de culture lorsque les objets sont biologiques, et le mélange d'au moins deux de ceux-ci.
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la concentration en objets dans la suspension colloïdale à l'étape a) est comprise entre 0,01 et 1 mg/ml, bornes incluses.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'étape a) de dépôt d'objets à la surface du timbre est effectuée par pulvérisation au moyen d'une buse de pulvérisation de diamètre compris entre 100 et 500 µm, bornes incluses.
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pulvérisation est réalisée avec une pression de poussée comprise entre 1 et 20 bar, bornes incluses.
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pression de poussée de la pulvérisation est obtenue avec un gaz ou un mélange de gaz choisi(s) parmi l'azote, l'air.
10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la pulvérisation est réalisée à une température comprise entre 15 et 100°C, bornes incluses. 25
11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que lors de la pulvérisation, la distance entre la buse de pulvérisation et la surface du timbre est de 15 à 45 cm, bornes incluses.
12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la 30 durée de pulvérisation est de 1 seconde à 10 minutes, bornes incluses.20
13. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'une au moins des dimensions des motifs d'objets formés sur la surface du substrat à l'issue de l'étape b), est comprise entre 50 nm et 500 µm, bornes incluses.
14. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le taux de transfert d'objets de la surface du timbre vers la surface du substrat à l'issue de l'étape b) est au moins de 50 et 100%.
15. 15. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, pour: - traiter des surfaces en optique ou en microélectronique ; - permettre l'étude systématisée d'objets biologiques ; - permettre des études systématisées des propriétés des objets déposés ; - fabriquer des supports pour l'ingénierie tissulaire ou pour la culture de cellules ; - générer des pistes d'interconnexion à base de nanotubes de carbone.
16. 16. Procédé de génération de pistes d'interconnexion à base de nanotubes de carbone caractérisé en ce qu'on utilise un substrat à la surface duquel des motifs de nanotubes de carbone sont formés par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.
17. 17. Procédé de croissance de cellules neuronales et/ou de différenciation de cellules souches caractérisé en ce qu'on utilise un substrat à la surface duquel des motifs de nanotubes de carbone sont formés par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.20