WO2012172066A1 - Procédé pour fonctionnaliser une surface avec un objet ou une molécule d'intérêt - Google Patents

Procédé pour fonctionnaliser une surface avec un objet ou une molécule d'intérêt Download PDF

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WO2012172066A1
WO2012172066A1 PCT/EP2012/061478 EP2012061478W WO2012172066A1 WO 2012172066 A1 WO2012172066 A1 WO 2012172066A1 EP 2012061478 W EP2012061478 W EP 2012061478W WO 2012172066 A1 WO2012172066 A1 WO 2012172066A1
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WO
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molecule
group
precursor
interest
photoactivatable
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/061478
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Inventor
Pascal Viel
Thomas Berthelot
Original Assignee
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/36—Successively applying liquids or other fluent materials, e.g. without intermediate treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/06—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation
    • B05D3/061—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation using U.V.
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D9/00—Electrolytic coating other than with metals
    • C25D9/02—Electrolytic coating other than with metals with organic materials

Definitions

  • the present invention relates to the field of functionalization of surfaces.
  • the present invention provides a method for functionalizing an electrically insulating, semiconductive or conductive surface with a molecule of interest, such as a polymer or biomolecule, or with an object of interest such as a nano-object.
  • a molecule of interest such as a polymer or biomolecule
  • the invention also relates to the various uses of such a process and in particular in molecular electronics, bioelectronics, in the field of biochips, biosensors, medical devices, anti-fouling devices and / or to modify the properties of surface of materials.
  • the present invention proposes the use of a compound having two reactive functions and successively implemented making it possible to confer on the surface to be functionalized a controllable surface character of adherent surface.
  • Functionalization of surfaces has many applications in different fields that include microelectronics, biochips, biosensors, medical devices.
  • the functionalization of surfaces can also be used to modify the properties of the latter in terms of hydrophilicity, hydrophobicity or resistance to friction or wear.
  • the diazonium salts can be formed from aniline derivatives in an acid solution of NaN0 2 ;
  • this diazonium salt can then be electroreduced to lead to the release of nitrogen, and the formation of an aryl radical of high reactivity;
  • the latter is grafted onto the surface of the electrode which provided the electron necessary for its electro-reduction.
  • a CX-type covalent bond is formed, where X can be gold, cobalt, nickel, zinc, ITO (indium-tin oxide film), platinum, copper, graphite, diamond, or silicon.
  • X can be gold, cobalt, nickel, zinc, ITO (indium-tin oxide film), platinum, copper, graphite, diamond, or silicon.
  • a type of activated layer has been obtained by electrodeposition of diazonium salts previously modified with a maleimide group.
  • the layer thus obtained may be subsequently functionalized by molecules or biological agents containing a free thiol functional group capable of reacting with said maleimide group.
  • the electro-addressing of diazonium salts was carried out for the first time on glassy carbon electrodes in order to indirectly immobilize an enzyme.
  • the electrografting reaction was then used to functionalise the whole of the glassy carbon surface and thus obtain a layer of phenyl acetate.
  • This method was used to derivatize the surface in order to achieve a covalent grafting by chemical coupling of glucose oxidase. This is therefore an indirect method of electro-addressing.
  • the diazotization reaction on an aniline derivative was also used to graft a monolayer of biotin.
  • a biotin-aniline conjugate was then diazotized to form a biotin-aryldiazonium derivative and then grafted by electro-reduction to the surface of a screen-printed carbon electrode.
  • the surface of the electrode becomes a covalent anchor for streptavidin. This surface will allow the fixation of streptavidin-labeled alkaline phosphatase.
  • HRP horseradish peroxidase
  • Chehimi's team electrochemically modifies conductive material surfaces with brominated diazonium salts [Gam-Derouich et al., 2010, Langmuir, 26, 11830-11840].
  • the organic layer thus obtained is modified by reaction of a 3 in order to obtain an organic layer having azides. These functions can subsequently react with molecules presenting terminal alkynes by Click Chemistry.
  • photografting is also a technique used to functionalize supports with molecules or objects of interest.
  • an artificial protein having a protein capture domain by an arylazide function, this function making it possible to graft, by photolysis, the protein onto an insulating substrate [Zhang et al., 2005, Journal of the American Chemical Society, 127, 10136-10137].
  • the work of Ziani-Cherif et al. relate to polymers comprising diazonium or azide units which make it possible to graft these polymers on a substrate by photochemistry [1999, Macromolecules, 32, 3438-3447]. This work was carried out with the aim of develop "anti-fouling" surfaces.
  • the covalent immobilization of biological objects or of biologically active molecules can pass either by the activation of a previously modified surface, or by the modification of the biological object or of the biologically active molecule before its immobilization on the support. These activation steps are generally carried out in media incompatible with biological media and lead to the formation of secondary products that can cause bias during the measurement.
  • the inventors have set themselves the goal of creating, on the surface of conductive or non-conductive materials, a high quality organic layer of adhesion which can subsequently react with a molecule or object of interest in order to create a covalent link between the surface and this molecule or this object.
  • This covalent bond must be obtained, spontaneously, without using traditional chemical activators, or easily controllable, without producing secondary products that may be deleterious to the system thus created.
  • This covalent bond must be established by a system that is as universal as possible, that is to say capable of reacting with the greatest number of chemical functions present on the surface of the molecule or object of interest. This system must be able to react with other alkyl groups and thus establish a covalent bond between the surface and an alkane chain for example.
  • the present invention makes it possible to solve the technical problems as previously defined and to achieve the goal that the inventors have set themselves.
  • the present invention is based on the use of a compound with double reactivity and advantageously orthogonal.
  • the notion of orthogonality lies in the fact that the compound used in the context of the present invention has two types of "functionalisable" functions that may not be activated at the same time by the same method.
  • a function is, for example, activated by a process to which the other function is insensitive and vice versa.
  • the compound used in the context of the present invention has, on the one hand, a photoactivatable group or a precursor thereof and, on the other hand, a - 2 + group or a precursor thereof.
  • Each of these groups is activatable in a sequential manner to allow, firstly, the grafting, advantageously controlled or spontaneous, on the surface to be functionalized, then the grafting, advantageously controlled or spontaneous, of the molecule or the object of interest. Thanks to the groups used, the present invention applies to a large number of surfaces, molecules of interest and objects of interest since no real constraint such as the presence of particular groups, defined and limited, n exist at their level.
  • the present invention relates to a method for functionalizing at least one area of a surface with at least one molecule or object of interest, comprising the successive steps of i) reacting, on said zone, at least one aryl diazonium salt substituted with at least one photoactivatable group or a precursor thereof;
  • step (i) reacting the zone obtained in step (i) with said molecule or said object of interest;
  • a first group of the aryl diazonium salt substituted with at least one photoactivatable group being used in step (i) and another group in step (ii) is equivalent to the expression " the diazonium group of the aryl diazonium salt substituted by at least one photoactivatable group being used during the chemical grafting or electrografting step and the photoactivatable group being photoactivated during the photografting step ".
  • the two expressions above are usable interchangeably.
  • the process according to the present invention is distinguished from the methods of the state of the art such as the article by Gross et al., 2010 by the presence of the photoactivatable group or its precursor at the surface to be functionalized.
  • This surface alone has the potential for adhesion, the molecule or object of interest does not need to be prepared.
  • This is a process in which the etching is done from the surface ie to the molecule or object of interest, with respect to the photoactivatable group such as an azide group.
  • This "Grafting from” process process can be defined.
  • photoactivatable groups makes it easier to work in aqueous and biological media, given the stability of these groups. Their reactivity directly controlled by the light where and when it is desired. This chemical situation represents, pictorially, a "chemical switch".
  • the present invention makes it possible to further improve the technology described in the international application WO 2008/078052 by providing a solution to particular situations, for example in the case of materials that are soluble in aqueous and / or acidic media.
  • the term "surface” means the outer part of a body or a solid support, which limits it in all directions.
  • the invention applies to any type of surface whatever its geometry.
  • the latter can be simple, such as a perfectly flat surface, or complex, such as a rough surface, or having unobstructed cavities ie accessible to light and whatever the material constituting the surface and the rest of the body or solid support on which it depends.
  • the invention is applicable to a wide variety of surfaces of interest whose composition can be chosen from a wide variety of materials because the process can make use of a reaction mechanism of ionic and / or radical nature and generally of a radical or involving gaps and Lewis pairs simultaneously making them very reactive which is the specificity of carbenes or nitrenes.
  • the nature of the surface used has little influence on the process of the invention.
  • the surface used in the context of the present invention may be of organic or non-organic nature, and / or of composite nature with possibly a non-uniform composition. It can be insulating, semiconductive or electrically conductive.
  • the surfaces of inorganic nature can be chosen in particular from conducting materials such as metals, noble metals, oxidized metals, transition metals, metal alloys and for example Ni, Zn, Au, Pt, Ti or steel. It can also be semiconductor materials such as Si, SiC, AsGa, Ga, etc. It is also possible to apply the process to non-conductive surfaces such as non-conductive oxides. More generally, an inorganic surface may consist of, for example, an amorphous material or a ceramic, as well as a crystalline one such as diamond or graphite which may be more or less organized.
  • a surface of organic nature there may be mentioned in particular natural polymers such as latex or rubber, or artificial polymers such as polyamide or polyethylene derivatives, and in particular polymers having n-type bonds such as polymers bearing ethylenic bonds. , carbonyl or imine groups. It is also possible to apply the process to more complex organic surfaces such as surfaces comprising polysaccharides, such as cellulose for wood or paper, artificial or natural fibers, such as cotton or felt, and polymers.
  • fluorinated compounds such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or polymers containing basic groups such as tertiary amines or secondary amines and for example pyridines, such as poly-4 and poly-2-vinylpyridines (P4VP and P2VP) or more generally polymers carriers of aromatic and aromatic nitrogen groups.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • P4VP and P2VP poly-2-vinylpyridines
  • the surface used in the context of the present invention consists of a material chosen from the group consisting of metals, metal alloys, wood, paper, cotton, carbon felt, silicon and organic materials such as organic polymers, fluorinated or non-fluorinated polymers and diamond.
  • the area of the surface involved in the functionalization process according to the invention may be of variable size and / or shape.
  • the shape of this area can be simple or complex. It can occupy from 0.01% to 100% of the total area of the surface used. This zone generally varies between the metric and nanometric scale and in particular between the centimetric and micrometric scale.
  • molecule of interest is meant, in the context of the present invention, any molecule, and more particularly any molecule of organic nature, capable of reacting with a radical entity, an ionic entity or an entity exhibiting one or more ) unpaired electron (s), Lewis acid vacancies, Lewis pairs (or Lewis base doublets), singlet state and / or triplet state.
  • organic molecules comprising weak organic bases such as C0 2 ⁇ , SO 3 2 ⁇ , amines and aromatic nitrogen molecules;
  • organic macromolecules such as porphyrins, phthalocyanines and dendrimers
  • biological molecules such as peptides, proteins such as enzymes, antibodies or antibody fragments, cell or membrane receptors, polysaccharides, lipids, cells or cell parts such as organelles or cell membranes and nucleic acids such as DNA and RNA;
  • hydrophobic molecules as defined below.
  • the molecule of interest when it is brought into contact with the surface carrying photoactivatable groups, diazonium groups or their precursors, i.e. the adhesive surface, is in pure form such as a liquid or an oil.
  • the method according to the invention can be used to prepare a biochip or a biosensor.
  • object of interest is meant, in the context of the present invention, an object whose size generally varies between the micrometer scale and nanometer.
  • the object of interest is a nano-object (NB).
  • nano-object is intended to mean an object, organic or inorganic, of nanometric size, ie of which at least one of its external dimensions is of nanometric size.
  • It may be a nano-object chosen from a sheet such as a graphene sheet, a nanowire, a nanoparticle, a nanotube and an aggregate and in particular from a metal nanoparticle, a metal or metal alloy aggregate, a single-walled carbon nanotube (CNT) (SWCNT) or multiwall (MWCNT), a graphene sheet, a fullerene, graphite and in particular graphite HOPG (for "Highly Ordered Pyrolytic Graphite”), a silicon nanowire or a metal nanoparticle.
  • a sheet such as a graphene sheet, a nanowire, a nanoparticle, a nanotube and an aggregate and in particular from a metal nanoparticle, a metal or metal alloy aggregate, a single-walled carbon nanotube (CNT) (SWCNT) or multiwall (MWCNT), a graphene sheet, a fullerene, graphite and in particular graphite HOPG (for "Highly Ordered Py
  • the nano-object used in the context of the present invention is made of a carbon material.
  • aryl diazonium salt substituted with at least one photoactivatable group or a precursor thereof means, in the context of the present invention, (1) an aryl diazonium salt substituted with at least one photoactivatable group. (2) an aryl diazonium salt substituted with at least one precursor of a photoactivatable group, (3) a precursor of an aryl diazonium salt substituted with at least one photoactivatable group and (4) a precursor of an aryl diazonium salt substituted with at least one precursor of a photoactivatable group.
  • an aryl diazonium salt substituted with at least one photoactivatable group is a compound of formula (I) below:
  • aryl group R represents an aryl group.
  • aryl group R may be used in the context of the present invention, especially for the compound of formula (I) above, it is advantageous to mention an aromatic or heteroaromatic carbon structure, optionally mono- or polysubstituted , consisting of one or more aromatic or heteroaromatic rings each having from 3 to 8 atoms, the heteroatom (s) possibly being N, O, P or S.
  • the substituent (s) may contain one or more heteroatoms, such as N, O, F, Cl, P, Si, Br or S as well as C1 to C6 alkyl groups in particular.
  • the aryl group that may be used in the context of the present invention, in particular for the compound of formula (I) above, is a compound comprising a single (hetero) aromatic ring which may be substituted, in particular a single ring. optionally substituted aromatic and, in particular, a single aromatic ring with 6 optionally substituted carbon atoms.
  • the aromatic ring as previously described may be substituted by no other group than the photoactivatable group (B).
  • the aromatic ring is substituted with at least one other substituent in addition to the photoactivatable group (B), in particular with one, two, three or four other substituents, which are identical or different, in addition to the photoactivatable group. (B).
  • the aromatic ring and especially the aromatic ring with 6 carbon atoms is substituted with one, two, three or four fluorine atoms.
  • the photoactivatable group and the group -N 2 are advantageously arranged, in para, on the aryl group.
  • A may especially be chosen from inorganic anions such as halides such as I ⁇ , Br ⁇ and Cl ⁇ , haloborates such as tetrafluoroborate, perchlorates and sulphonates and organic anions such as alcoholates. and carboxylates.
  • photoactivatable group is meant a chemical functional group which, when exposed to electromagnetic energy and in particular to a suitable wavelength of the electromagnetic spectrum, is converted into a reactive species such as a radical species, a nitrene or a carbene , capable of forming a covalent bond with another similarly reactive species of an identical or different type.
  • Any photoactivatable group known to those skilled in the art can be used in the context of the present invention.
  • a photoactivatable group is not a diazonium salt.
  • the photoactivatable group capable of being used in the context of the present invention is chosen from a thiol group, a -C (O) -Ri group with R 1 representing an aryl group, in particular as defined above, an azide group.
  • R 1 representing an aryl group, in particular as defined above
  • (-N 3 ) an arylazide group -R 2 -N 3 with R 2 representing an aryl group especially as defined above or a diazirine group -C (N 2 ) -R 3 with R 3 representing a grouping alkyl, in particular a linear or branched alkyl group, of 1 to 10 carbon atoms, in particular of 1 to 4 carbon atoms, which is optionally substituted.
  • the photoactivatable group that can be used in the context of the present invention is chosen from -SH, -N3 or -C (O) -
  • step (i) of the process according to the present invention the term “reacting” includes not only the reaction of the compound on the area of the surface but also the possible transformation of a precursor into said compound.
  • the method according to the present invention involves chemical grafting or electrografting in step (i) and photografting in step (ii) or photografting in step (i) and chemical grafting in step (ii). ). This means that the method according to the invention provides three main variants:
  • the method comprises the successive steps of:
  • Ci photoactivate the grafted molecule obtained following step (a1) or optionally following step (b), in the presence of said molecule or said object of interest, whereby said grafted molecule forms a bond with said molecule or said object of interest.
  • chemical grafting refers in particular to the use of highly reactive radical or ionic molecular entities and cationic compounds capable of forming covalent bond bonds with a surface of interest, said molecular entities being generated independently of the surface on which they are intended to be grafted, without the surface to be grafted being obligatorily subjected to any treatment.
  • the surface may be subjected, prior to any grafting, to an oxidizing pretreatment as described in the international application WO 2010/125190.
  • non-electrochemical conditions is meant, in the context of the present invention, in the absence of external electrical voltage.
  • the non-electrochemical conditions used in the process according to the invention and in particular in step (a1) of the process according to the invention are conditions which allow the formation of radical and / or ionic entities from the salt. of aryl diazonium used, in the absence of the application of any electrical voltage to the surface to be functionalized or to the solution containing the aryl diazonium salt. These conditions involve parameters such as, for example, the temperature, the nature of the solvent, the presence of a particular additive, agitation, pressure while the electric current is not involved. not during the formation of radical entities.
  • the non-electrochemical conditions allowing the formation of radical entities are numerous and this type of reaction is known and studied in detail in the prior art (Rempp & Merrill, Polymer Synthesis, 1991, 65-86, Huthig & Wepf).
  • Step (ai) is based on the method as described in international application WO 2008/078052.
  • the molecule obtained from an aryl diazonium salt substituted with a photoactivatable group or a precursor thereof is advantageously of (co) polymeric type and is in particular in the form of an organic film.
  • non-electrochemical conditions allowing the formation of radical and / or ionic entities are typically selected from the group consisting of thermal, kinetic, chemical, photochemical, radiochemical conditions and combinations thereof.
  • the non-electrochemical conditions are chosen from the group consisting of thermal, chemical and photochemical conditions and their combinations with each other and / or with the kinetic conditions.
  • the thermal environment is a function of the temperature. Its control is easy with the heating means usually employed by those skilled in the art. The use of a thermostated environment is of particular interest since it allows precise control of the reaction conditions.
  • the kinetic environment essentially corresponds to the agitation of the system and the friction forces. It is not a question here of the agitation of the molecules in itself (elongation of bonds, etc.), but of the global movement of the molecules.
  • the application of a pressure makes it possible in particular to supply energy to the system so that the aryl diazonium salt is destabilized and can form reactive, radical and / or ionic species.
  • the action of various radiations such as radiation in the visible, UV rays in particular by means of a UV lamp, an excimer lamp or a laser.
  • the wavelength used will be chosen according to the salt used so as to activate the diazonium function without activating the photoactivatable function, as explained hereinafter.
  • one or more chemical initiator is used in the reaction medium.
  • the presence of chemical initiators is often coupled with non-chemical environmental conditions as discussed above.
  • a chemical initiator under the selected environmental conditions, acts on the aryl diazonium salt and causes the formation of radical and / or ionic entities from the latter i.e. its reduction.
  • chemical initiators whose action is not essentially related to environmental conditions and which can act over wide ranges of thermal or kinetic conditions.
  • the initiator will preferably be suitable for the reaction environment, for example the solvent if a solvent is employed.
  • thermal initiators the most common of which are peroxides or azo compounds. Under the action of heat, these compounds dissociate into free radicals. In this case, the reaction is carried out at a minimum temperature corresponding to that required for formation of radicals from the initiator.
  • This type of chemical initiators is generally used specifically in a certain temperature range, depending on their kinetics of decomposition;
  • the photochemical or radiochemical initiators which are excited by radiation triggered by irradiation (most often by UV, but also by ⁇ radiation or by electron beams) allow the production of radicals by more or less complex mechanisms.
  • BusSnH and I 2 belong to photochemical or radiochemical initiators. If photochemical or radiochemical initiators are used, the latter must, in order to guarantee the orthogonality of the two reactive groups (ie - 2 + and photoactivatable groups), must be activated at an activation wavelength at which the grouping photoactivable is not activated or a precursor of the photoactivatable grouping should be used. In the latter case, it is obvious that the precursor of the photoactivatable group must not be activated at the activation wavelength of the photochemical or radiochemical initiators used.
  • initiators essentially chemical initiators, this type of initiators acting rapidly and under normal conditions of temperature and pressure on the aryl diazonium salt to enable it to form radicals and / or ions.
  • Such initiators generally have a redox potential which is lower than the reduction potential of the aryl diazonium salt used in the reaction conditions.
  • the aryl diazonium salt it may thus be for example a reducing metal, such as iron, zinc, nickel; a metallocene; an organic reducing agent such as hypophosphorous acid (H3PO 2 ) or ascorbic acid; of an organic or inorganic base in proportions sufficient to allow destabilization of the adhesion primer.
  • the reducing metal used as chemical initiator is in finely divided form, such as wool (also called more commonly "straw") metal or metal filings.
  • wool also called more commonly "straw" metal or metal filings.
  • a pH of greater than or equal to 4 is generally sufficient.
  • Radical reservoir-type structures such as polymer matrices previously irradiated with an electron beam or with a heavy ion beam and / or with all the irradiation means mentioned above, can also be used as chemical initiators for destabilizing the aryl diazonium salt and leading to the formation of radical and / or ionic entities therefrom.
  • a solvent for example, when chemical conditions are employed and an initiator is used, it will advantageously be placed in a solution in contact with the reactive surface to allow the destabilization of the aryl diazonium salt and the formation of the reactive species.
  • the solvent will be chosen so that it does not react in a manner significant with the reactive surface. For example, it is recommended to use a non-protic solvent.
  • Step (bi) consists in transforming the precursor of the photoactivatable group into said photoactivatable group so that step (ci) can be implemented.
  • the groups -N3 ⁇ 4 + and -N3 ⁇ 4 are precursors of the group -N3.
  • a group -X with X may be ideally bromine or iodine and is in the form of a group - (CH2) m _ X with m number integer selected from 1, 2, 3 or 4 is a precursor of the group -N3.
  • Step (ci) consists in subjecting the grafted molecule to the area of the surface to be functionalized and, more particularly, the photoactivatable group that it comprises to a light radiation capable of destabilizing said group and causing its reaction with the molecule or the object of interest.
  • the light radiation and in particular the wavelength used and the radiation application time are parameters that a person skilled in the art will be able to determine as a function of the photoactivatable group implemented.
  • This light radiation may be visible radiation such as blue visible radiation or ultraviolet radiation such as UVA, UVB, UVC or near visible UV radiation.
  • the photoactivatable group is a diazirine group such as a group of formula -C (2) -R3 with R3 as defined above.
  • the reactive species obtained from the photoactivatable groups following the application of the light radiation ie the radical species, the nitrenes and the carbenes are capable of reacting with different types of groups carried by the molecule of interest or the object of interest.
  • the photoactivatable group is a thiol group
  • the reactive species obtained after the application of the light radiation is a sulfenyl radical of formula RS ' , the latter reacting advantageously with an alkene or terminal alkyne group carried by the molecule of interest or object of interest.
  • photogreffage is performed first by bringing the photoactivatable group involved in the covalent binding of the molecule with the surface to functionalize the grafted molecule thus presents a group - 2 + or precursor thereof that occurs during the covalent attachment of the molecule or object of interest.
  • the method comprises the successive steps of:
  • step (a 2 ) optionally converting said at least one precursor present on the grafted molecule following step (a 2 ) into a -N 2 + group ;
  • step (a 2 ) subject to non-electrochemical conditions the grafted aromatic molecule obtained following step (a 2 ) or optionally following step (b 2 ), in the presence of said molecule or said object of interest whereby said molecule graft forms a bond with said molecule or said object of interest.
  • the wavelength used to activate the photoactivatable group in step (2) should be distinct from a wavelength capable of activating the diazonium aryl diazonium salt used.
  • a precursor of - 2 + aryl diazonium salt it is possible to implement, during step (a 2 ), a precursor of - 2 + aryl diazonium salt. In the latter case, it is obvious that the precursor of the - 2 + group should not be activated at the wavelength of activation of the photoactivatable group.
  • diazonium moiety and the photoactivatable moiety are orthogonal functions that can be activated sequentially and distinctly.
  • step (ci) applies mutatis mutandis to step (a 2) of the 2 nd embodiment.
  • All the photoactivatable groups envisaged can be used during step (a 2 ).
  • these photoactivatable groups are chosen from the groups -C (O) -Ri with R 1 representing an aryl group as defined above, an azide group (-N 3 ) or an arylazide group such as a group of formula -R 2 -N 3 with R 2 representing an aryl group as defined above.
  • step (ci) or (a 2 ) is carried out dry or in the presence of a small amount of solvent.
  • Step (b 2 ) consists in transforming the precursor of the - 2 + group into said - 2 + group so that step (c 2 ) can be implemented.
  • the precursors of the aryl diazonium salts used are arylamines having greater stability than said salts. Indeed, by simple oxidation reaction, for example, with a 0 2 in an acidic aqueous medium, or with NOBF 4 in an organic medium, it is possible to form the corresponding aryl diazonium salts.
  • step (b 2 ) can be implemented prior to step (ai) of the 1st variant, especially if it is a precursor of aryl diazonium salt substituted with at least one photoactivatable group or a precursor thereof which is used.
  • step (bi) may be implemented prior to step (a 2) of the 2 nd variant and, particularly if it is a salt aryl diazonium substituted with at least one precursor of a photoactivatable group or a precursor of an aryl diazonium salt substituted with at least one precursor of a photoactivatable group which is used.
  • step (I) applies mutatis mutandis to step (c 2) of the 2 nd embodiment.
  • step (c 2) of the 2 nd embodiment.
  • the process is comparable to an aryl diazonium salt or precursor thereof supported as described in the application International WO 2009/121944. Those skilled in the art will therefore be able to refer to the latter and to the different variants envisaged for the implementation of step (c 2 ) of the process according to the invention.
  • Steps (ci) and (c 2 ) can be subdivided into two sub-steps that can be implemented simultaneously or one after the other. These two sub-steps consist, first of all, in subjecting the molecule having a photoactivatable group or a group -N 2 + respectively to light radiation or to nonelectrochemical conditions and then to bringing this activated molecule into contact with the molecule or the object of interest.
  • these two sub-steps consist, first of all, in subjecting the molecule having a photoactivatable group or a group -N 2 + respectively to light radiation or to nonelectrochemical conditions and then to bringing this activated molecule into contact with the molecule or the object of interest.
  • the electrografting is carried out first involving the -N 2 + group which, following its electroreduction, participates in the covalent bonding of the molecule with the surface to be functionalized, the grafted molecule therefore has at least one photoactivatable group or a precursor of it which intervenes during the covalent fixation of the molecule or the object of interest. It should be emphasized that this variant only applies to conductive or semiconducting surfaces of electricity.
  • the method comprises the successive steps of:
  • step (a3) optionally transforming said at least one precursor present on the grafted molecule following step (a3) into a photoactivatable group
  • step (a3) photoactivating the grafted molecule obtained following step (a3) or optionally following step (b3), in the presence of said molecule or said object of interest, whereby said grafted molecule forms a bond with said molecule or said object of interest.
  • the term “electrografting” refers in particular to an electro-initiated and localized grafting process of the electrically activated substituted aryl diazonium salt on a surface comprising conductive and / or semiconducting portions of electricity. by contacting said substituted aryl diazonium salts with said surface.
  • the grafting is carried out electrochemically in a single step on selected, defined areas of said conductive and / or semiconducting portions.
  • step (a3) comprises the substeps consisting of:
  • the electric potential employed in step (a3) of the process according to the present invention is close to the reduction potential of the aryl diazonium salt substituted by at least one photoactivatable group or a precursor of that implemented and reacts on the surface.
  • This variant of the present invention can be implemented in an electrolysis cell comprising different electrodes: a first working electrode constituting the surface intended to receive the film, a counter electrode, as well as possibly a reference electrode.
  • the polarization of said surface may be carried out by any technique known to those skilled in the art and especially under linear or cyclic voltammetric conditions, in potentiostatic, potentiodynamic, intensiostatic, galvanostatic, galvanodynamic or by simple or pulsed chronoamperometry.
  • the process according to the present invention is carried out under cyclic voltammetry conditions. All that has been previously explained for steps (bi) and (ci) applies mutatis mutandis to steps (b3) and (C3) respectively.
  • the molecule grafted following steps (a1), ( a2 ) and ( a3 ) of the process and having either at least one photoactivatable group or a precursor thereof, or at least one group - 2 + or a precursor of the It is an organic molecule, comprising from a few atoms to several tens or even hundreds of atoms.
  • This molecule can therefore be a simple molecule and in particular of the substituted aryl type or a molecule having a more complex structure such as a polymer structure.
  • the salt aryl diazonium substituted by at least one photoactivatable group or a precursor thereof implemented in step (a 3) is substituted by a group -COOH or , or by a group -NO 2 .
  • the method according to the invention may comprise an additional step of structuring the zone of the surface used. This structuring consists of modifying the zone or the surface and, more particularly, reducing the size of this zone or this surface and / or reducing the number of radical and / or ionic entities on this zone or this surface.
  • This structuring can take place once the molecule exhibiting at least one photoactivatable group or a precursor thereof (or having a - 2 + group or a precursor thereof) grafted onto the area of the surface, ie following the step (ai) and optionally (bi), following step (a2) and optionally (b2) or following step (a3) and optionally (bs).
  • the zone or the surface obtained after step (a2) and optionally following step (b2) may be subjected to UV irradiation under a UV lamp (spectrum 200-500 nm, 200 W), especially in air, for a few minutes.
  • a UV lamp spectrum 200-500 nm, 200 W
  • a UV exposure time of 3 at 10 min allows the destruction of all groups present on the surface.
  • the layer thus obtained is called “dead layer” and no longer allows the functionalization of this layer by a molecule or an object of interest.
  • the time of exposure to UV radiation to obtain the "dead layer” is a function of the thickness of the latter ie the thickness of the molecule having at least one - 2 + group .
  • the density of the radical and / or ionic entities at the area of the first surface can be controlled to modulate the number of sites. assets per unit area. This method makes it possible to modulate the density of molecules or objects of interest per unit area.
  • a grid or a mask deposited on the area of the surface having a particular geometry makes it possible to obtain a pad (square, circle, etc.) and then the whole is subjected to UV radiation. Areas with groups - 2 + irradiated with UV are now considered inactive. Areas with - 2 + groups not irradiated with UV are still considered active.
  • the structuring of the zone of the surface used in the process of the present invention may be carried out prior to the grafting of the molecule having at least one photoactivatable group or a precursor thereof (or having a grouping). 2 + or a precursor of this one) before the steps (ai), (a 2 ) or (a 3 ).
  • This variant involves the use of a buffer to be applied to the surface or the support.
  • This buffer which can be likened to a mask, typically corresponds to a physical entity that is neither grafted to the surface nor covalently bonded to it. It may especially be a solid material or a thin layer of material, typically from a few Angstroms to a few microns, generally of organic nature, deposited on the surface.
  • the buffer makes it possible to "hide” locally the chemical reactivity of the surface with respect to the radicals, carbene or nitrene generated during one of the two process variants and thus causes the grafting of the molecule having at least one photoactivatable group or a precursor thereof (or having a - 2 + group or a precursor thereof) only on those parts of the surface exposed to the solution, the areas of the surface equipped with the mask being preserved from said grafting. After removal of the mask at the end of the operation, the surface that was protected, unlike that which was not equipped with a mask, has no grafted molecule.
  • the mask will consist of a thin layer of inorganic or organic material acting as a layer of less cohesion easily removable under mild conditions.
  • a layer of material is considered as such in that it does not require the use of harmful to the grafted molecule for elimination.
  • the mild conditions correspond to a simple chemical washing, generally carried out using a solvent in which the mask is soluble, to an ultrasonic treatment in a solvent in which the mask is soluble or to a rise in temperature.
  • the material constituting the mask can thus be chosen from a wide range. It will usually be chosen according to the nature of the solid support.
  • the mask can react with the radicals, ions, nitrites or carbenes generated during the process. In all cases, it is possible to eliminate it to discover the areas of the surface of the solid support protected grafting on which no molecule having at least one photoactivatable group or a precursor thereof (or having a - 2 + grouping or a precursor of it) will not be observed (comparable to so-called "lift-off" methods in lithography).
  • Mask deposition techniques are well known to those skilled in the art. This may include coating, spraying or immersion.
  • the mask in the form of a thin layer of material, may for example be deposited by direct drawing from a felt (pencil type) impregnated with the selected material.
  • a felt pencil type
  • On glass it is, for example, possible to use, as a mask, a marker such as those proposed in stationery or fat. It is also possible to use the process said "buffer".
  • the mask will generally be composed of alkylthiols, in particular long chain alkylthiols, often C15 -C20 and typically C18 (technique called "microimpression” or "microcontact printing” in English). More generally, conventional lithography techniques can be used to form the mask: spin-coating, then insolation through a physical mask or via a beam of light or controllable particles, then revelation.
  • the structuring can be obtained by using a composite surface as described in the international application WO 02/070148.
  • the present invention also relates to the use of an aryl diazonium salt substituted with at least one photoactivatable group or a precursor thereof as previously defined for functionalizing, by chemical grafting or electrografting and by photografting, at least one zone. of a surface with at least one molecule or object of interest.
  • the expression "to functionalize, by chemical grafting or electrografting and by photografting” implies that functionalization involves chemical grafting and photografting or electrografting and photografting.
  • the aryl diazonium salt substituted with at least one photoactivatable group or a precursor thereof is selected from 3-C 6 H 4 - 2 , A " ; 3-C 6 H 4 -H 2; C 6 H 5 -C (O) -C 6 H 4 -N 2 + , A " ; C 6 H 5 -C (O) -C 6 H 4 -NH 2 ; I- (CH 2) m -C 6 H 4 N 2 +, A ", I- (CH 2) m -C 6 H 4 -NH 2; Br- (CH 2) m - C 6 H 4 -N 2 + , A " ; Br- (CH 2 ) m -C 6 H 4 -NH 2 ; + H 3 NC 6 H 4 -N 2 + , A " ; + H 3 N-C 6 H 4 -NH 2 ; H 2 NC 6 H 4 -NH 2 ; HS-C 6 H 4 -N 2 + , A " and HS-C 6 H
  • the l st and 3 rd variants of the method according to the invention with a chemical grafting or electro followed by photogreffage is characterized in that the binding to the support surface of the molecule having at least one photoactivatable group or a precursor thereof generally connects a carbon atom of an aryl ring to an atom of the surface.
  • the 2 nd variant of the process according to the invention with a photogreffage followed by chemical grafting is characterized in that the binding of the molecule having at least one group -N 2 + or a precursor thereof to the surface of solid support connects to an atom of the surface at least one atom from the photoactivatable group which may be, for example, a nitrogen atom (case of the photoactivatable group -N 3 ), a sulfur atom (case of the photoactivatable group -SH ) or a substituted carbon atom by an -OH group and by an aryl -Ri group and in particular by a -CeH 5 group (in the case of the photoactivatable group -C (O) -Ri with R 1 representing an aryl group).
  • the photoactivatable group which may be, for example, a nitrogen atom (case of the photoactivatable group -N 3 ), a sulfur atom (case of the photoactivatable group -SH ) or a substituted carbon
  • the present invention also relates to a solid support whose surface has at least one zone that can be obtained after any one of the steps (a1), (bi), (a2), (b2), (a3) and (b3 ) of the process.
  • the present invention relates to a solid support whose surface has at least one zone that can be obtained after step (a 2 ) or step (b2) of the method.
  • the present invention relates to a solid support whose surface has at least one zone that can be obtained after step (a 2 ) or step (b 2 ) of the process, provided that the aryl salt diazonium substituted with at least one photoactivatable group or the precursor thereof used in step (a 2 ) is not a compound of formula N 3 -C 6 H 4 -H 2 .
  • the present invention relates to a solid support whose surface has at least one zone that can be obtained after step (a 2 ) or step (b 2 ) of the process, provided that the molecule aromatic grafted on the support is not formula -NR-N3 ⁇ 4 with R representing an aryl group as defined above.
  • the present invention also relates to the use of a solid support as defined above to prepare a biochip or a biosensor and a biochip or biosensor comprising a solid support whose surface has at least one zone with at least one molecule having a - 2 + group or a photoactivatable group reacted with a biological element selected from the group consisting of peptides; proteins such as gelatin, protein A, protein G, streptavidin, biotin, an enzyme; antibodies and antibody fragments; cell or membrane receptors; lipids ; polysaccharides such as glycoaminoglycans and especially heparin; cells or cell parts such as organelles or cell membranes and nucleic acids such as DNA and RNA.
  • a biological element selected from the group consisting of peptides; proteins such as gelatin, protein A, protein G, streptavidin, biotin, an enzyme; antibodies and antibody fragments; cell or membrane receptors; lipids ; polysaccharides such as glycoaminoglycans and
  • the present invention finds particularly interesting applications in the field of biology.
  • the surface on which the method according to the invention is implemented may be the surface of a support being in various forms, of variable size and useful in biology.
  • it may be in the form of slides, microplates including microplates 12, 24 or 96 wells, chips, particles, beads, microbeads, fibers, markers tubes such as haemolysis tubes or capillary type microchannels, columns or microcolumns such as SPIN TM columns, supports used for biosensors or biochips or medical devices.
  • markers tubes such as haemolysis tubes or capillary type microchannels, columns or microcolumns such as SPIN TM columns
  • supports used for biosensors or biochips or medical devices can have sizes ranging from a few hundred micrometers to several centimeters.
  • biological or biologically active molecules will advantageously be chosen from the group constituted by the peptides; proteins such as gelatin, protein A, protein G, streptavidin, biotin, an enzyme; antibodies and antibody fragments; cell or membrane receptors; lipids ; polysaccharides such as glycoaminoglycans and especially heparin; cells or cell parts such as organelles or cell membranes and nucleic acids such as DNA and RNA.
  • the present invention can be used for the preparation of biochips or biosensors.
  • This preparation can present different embodiments of the steps
  • the biological or biologically active molecule is deposited by means of a micro or nano-fluidic system in a direct or sequential manner in the form of a drop, another molecule thus being able to be introduced thanks to the deposition of a drop and so on,
  • kits of elements that can be used during the implementation of a method as defined above.
  • a kit includes:
  • a solid support in a first compartment, a solid support whose surface has at least one zone which can be obtained after any one of steps (i), (bi), (a 2), (b 2), (a3) and (b3) of the process,
  • At least one element necessary for producing the -N 2 + group from its -NH 2 precursor for example, a solution of NaNO 2 in an acidic aqueous medium, or a solution of NOBF 4 , in an organic medium
  • at least one element necessary for producing a radical and / or ionic species from the -N 2 + group such as a chemical initiator
  • a molecule of interest as defined in claim 3 or an object of interest as defined in claim 4 to be immobilized.
  • the present invention also relates to the use of a solid support whose surface at least one zone which can be obtained after any one of steps (i), (bi), (a 2), (b 2) , (a3) and (b3) of the method for immobilizing on this last a molecule of interest as defined above or an object of interest as defined above.
  • the present invention relates to the use of a solid support whose surface has at least one zone that can be obtained after any of the steps (a 1 ), (b 1 ), (a 2 ), (b 2 ), (a3) and (b3) of the method for immobilizing on the latter a carbon nanotube, single-walled or multi-walled, a graphene sheet or a silicon nanowire.
  • the present invention relates to the use of a method as previously described or of a solid support whose surface has at least one zone that can be obtained after any one of steps (ai), ), (a 2 ), (b 2 ), (a3) and (b3) of the method for exfoliating graphene sheets.
  • the present invention relates to the use of a method as previously described or of a solid support whose surface has at least one zone that can be obtained after any one of steps (ai), ), (a 2 ), (b 2 ), (a3) and (b3) of the method for metallizing the area of said surface.
  • the object of interest used is a nano-object (NB) and in particular a nanoparticle (NP)
  • NB nano-object
  • NP nanoparticle
  • the support on which the NB is immobilized will be directly immersed in a solution comprising one or more metal salts which can be reduced by NB.
  • the present invention also finds application in the field of surface treatment. Indeed, it can be implemented to treat, in a durable manner, a material and in particular to modify properties such as surface energy also called “surface tension”, “surface tension”, “interface energy” or “interfacial tension” of at least one of its surfaces and thus to modify the wettability of this surface.
  • the invention notably makes it possible to modify the interface properties between said material and a liquid.
  • modifying the surface energy is meant in the context of the present invention both increase and decrease the surface energy especially with respect to a given liquid that is hydrophilic or hydrophobic.
  • the method according to the present invention makes it possible to modify (ie increase or decrease) the contact angle of a liquid disposed on the surface thus treated with respect to the contact angle of the same liquid disposed on said untreated surface.
  • the process according to The present invention is a process which makes it possible to modify (ie increase or decrease) the wettability of said surface.
  • Hydrophobic molecules are typically insoluble in protic solvents and particularly in water.
  • the solubility of these molecules is finite and they can form immiscible phases with protic solvents such as water.
  • They generally comprise at least one chemical group which is qualified as hydrophobic.
  • the hydrophobic group participates in the modification of the surface energy.
  • the hydrophobic group is advantageously selected from the group consisting of
  • C3 to C50 especially C6 to C30 and, in particular, C10 to C20 may optionally comprise at least one unsaturation (double or triple bond), at least one heteroatom and / or at least one substitution,
  • a C3 to C50 aryl especially a C6 to C30 and, especially, a C10 to C20 aralkyl which may optionally comprise at least one substitution
  • this substitution may be a linear, branched or cyclic C3 to C50 alkyl, in particular a C6 to C6 alkyl, C30 and in particular C10 to C20 which may optionally comprise at least one unsaturation (double or triple bond) and / or at least one heteroatom, and
  • C6 to C50 especially) C6 to C30 and, in particular, C10 to C20 (poly) ring which may optionally comprise at least one unsaturation (double or triple bond), at least one heteroatom and / or at least one substitution.
  • Said substitution is advantageously a substitution with a C1 to C6 alkyl and / or with one (or more) halogen (s) and in particular with one (or more) fluorine (s).
  • a molecule of interest that can be used for this application is in particular a surfactant and, in particular, a fluorinated surfactant such as those contained in the compositions marketed by DuPont under the trademark Zonyl.
  • the present invention therefore relates to a method for modifying the surface energy of at least one surface of a solid comprising functionalizing said surface with a hydrophobic molecule as defined above, according to a functionalization method as defined above.
  • a solution of azido phenyl diazonium tetrafluoroborate 5.10 -2 M and 5.10 -2 M tetraethylammonium perchlorate in acetonitrile is conveniently prepared in a glove box.
  • a cyclic voltammetry of one or more scanning cycles between the equilibrium potential defined by a reference electrode Ag + / Ag and -1 V makes it possible to deposit a polyazidophenylene film on a gold glass slide.
  • the scanning speed is ideally 20 mV.s -1 .
  • the first cycle shows the electrochemical reduction of the diazonium salt.
  • a second scan verifies that the layer is built by the almost complete absence of current flow.
  • the counterelectrode is typically made of graphite. After rinsing the sample slide with acetone and natural drying, an IR analysis is made which makes it possible to check the presence of the vibration at 2130 cm -1 which testifies to the presence of the azide functions in the deposit.
  • the thickness of the deposit is typically a few nanometers.
  • the polyazidophenylene film is relatively stable and can be simply and conveniently stored away from light. 1.3. Immobilization of protein A or G.
  • Protein A or G serves to immobilize and orient the antibodies preferentially.
  • Protein A or G is dissolved in deionized water at a concentration of 1 mg / ml.
  • a quantity of 30 ⁇ l of this solution is deposited on the micropipette on a polyazidophenylene slide, then this droplet of solution is flattened on the slide by a glass slide of microscopy type. Drying of the water is carried out under a primary vacuum. The glass coverslip is removed. Ideally a thin layer of protein G is formed. The slide is then exposed for 30 minutes to a UV lamp at 254 nm.
  • anti-ovalbumin anti-streptavidin
  • anti-lectin anti-lectin
  • mouse immunoglobulin G which will serve as a control antibody.
  • the antibodies are deposited on the polyazidophenylene plate having grafted protein A or G by a spotter according to a defined grid of 36 spots (9 spots per antibody).
  • the studs are 500 ym and are spaced 800 ym apart.
  • the plots are left overnight to incubate in a humid atmosphere made in a petri dish.
  • Detection of antigens by SPRi A slide incubated with the antibodies is placed in the SPRi device.
  • the 3 antigens are ovalbumin (ova), lectin (lec), and streptavidin (strep) corresponding respectively to anti-ovalbumin (antiova), anti-lectin (antilec) and anti-streptavidin ( antistrep).
  • the formation of the antigen / antibody complex can also be observed by looking at the image of the chip recorded on the CCD camera.
  • the spots where the antigen has been picked up become clearer or even white. This corresponds to a mass increase of the areas concerned. I.6. Regeneration of antibody spots.
  • the regeneration which aims to dissociate the immune complexes without detaching the antibody from the protein is carried out with the injection of 100 ⁇ L of a regeneration solution typically composed of a 0.1 M glycine / HCl mixture.
  • the first regeneration leads to a loss of material bound to antibodies insufficiently attached to the protein A or G layer.
  • the following injection / regeneration cycles lead to stable results showing the good adhesion of the protein A underlayer. or G.
  • the polyphenylene layer formed and because of their activity the 3D structures of protein A or G have been preserved. This results in the fact of the "good attachment" of the antibodies on these protein layers A or G.
  • Example I The following exemplary embodiments vary from Example I only to the step of manufacturing the polyazidophenylene layer.
  • the reaction was carried out in an electrochemical cell containing 10 ml of an electrochemical solution corresponding to an aqueous solution of 1,4-phenylenediamine (10 -2 M, 1.4 eq.) And NaN0 2 (5 ⁇ 10 -3 M). 0.5 eq.) In 0.5M HC1.
  • the film deposition was done potentiostatically (the potential chosen being in the electroactivity barrier of the diazonium salt) or potentiodynamically (cyclic voltammetry) with a scanning speed of 20 mV.s -1 .
  • the layers obtained in III.1 are immersed in a solution of HCl (0.1 N) and NaN 2 (5.10 -3 mol) for 2 min to give a layer of polydiazophenylene.
  • the layer thus obtained can be subjected to a treatment as presented in point 1.3 et seq. IV. Protocol for grafting a polyazidophenylene layer via chemical grafting or electrografting of a polyhalobenzyl layer.
  • This exemplary embodiment makes it possible to produce a carrier layer of halobenzyl (Phy-C3 ⁇ 4-X) functions, X being ideally bromine or iodine.
  • the manufacture of the diazonium salt carrying the C3 ⁇ 4-X function is carried out as follows.
  • the 4- (hydroxymethyl) aniline commercial molecule is contacted with tetrabutylammonium bromide to prepare, ideally according to the procedure of S. Mahouche's article Surface Science, 603, 3205-3211, 2009, the following molecule: BF 4 ⁇ N 2 + -Phy-CH 2 -Br.
  • the conversion of the latter can be done by simply immersing for several hours in a solution of a 3 typically of 10 -2 M in DMF.
  • a DMF then acetone rinse typically makes it possible to dry the surface.
  • the layer thus obtained can be subjected to a treatment as presented in point 1.3 et seq.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé pour fonctionnaliser au moins une zone d'une surface avec au moins une molécule ou un objet d'intérêt, ledit procédé impliquant un greffage chimique ou un électrogreffage et un photogreffage.

Description

PROCÉDÉ POUR FONCTIONNALISER UNE SURFACE
AVEC UN OBJET OU UNE MOLÉCULE D'INTÉRÊT
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne le domaine de la fonctionnalisation des surfaces.
Plus particulièrement, la présente invention propose un procédé permettant de fonctionnaliser une surface électriquement isolante, semi-conductrice ou conductrice, avec une molécule d'intérêt, telle qu'un polymère ou une biomolécule, ou avec un objet d'intérêt tel qu'un nano-objet.
L' invention est également relative aux différentes utilisations d'un tel procédé et notamment en électronique moléculaire, en bioélectronique, dans le domaine des biopuces, des biocapteurs, des dispositifs médicaux, des dispositifs « anti-fouling » et/ou pour modifier les propriétés de surface de matériaux.
La présente invention propose l'utilisation d'un composé présentant deux fonctions réactives et successivement mises en œuvre permettant de conférer à la surface à fonctionnaliser un caractère contrôlable de surface adhérente.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La fonctionnalisation des surfaces trouve de nombreuses applications dans différents domaines qui englobent notamment la micro-électronique, les biopuces, les biocapteurs, les dispositifs médicaux. La fonctionnalisation de surfaces peut également être utilisée pour modifier les propriétés de ces dernières en terme d' hydrophilie, d' hydrophobie ou de résistance aux frottements ou à l'usure.
Il est donc nécessaire de trouver de nouveaux matériaux, outils et techniques de fabrication permettant de mettre en œuvre une telle fonctionnalisation avec des surfaces de différentes natures et susceptibles d'être utilisées pour diverses applications .
La demande internationale WO 2009/121944 propose, dans la partie « Etat de la technique antérieure », une revue quant aux différentes techniques déjà utilisées pour fonctionnaliser des surfaces. L'homme du métier pourra s'y référer pour connaître l'état de la technique de la présente invention. De son côté, la demande internationale WO 2009/121944 propose d'enduire la surface à fonctionnaliser d'un apprêt comportant un primaire d'adhésion, tel qu'un sel d' aryle diazonium supporté, ou un précurseur de ce dernier. Les techniques d'enduction envisagées sont le dépôt par trempage, à la tournette, au pinceau ou par pression et contact direct si l'enduit est solide. Pour que l'apprêt soit lié, de manière covalente, à la surface de base, l'enduction pourra être effectuée par greffage chimique tel que décrit dans [Chem. Mater. 2007, 19, 6323-6330] ou par électrogreffage .
De plus, l'immobilisation par électro-adressage de biomolécules reposant sur 1 ' électro-réduction des sels de diazonium n'est, à l'heure actuelle, que très peu développée et ce, même si plusieurs publications envisagent une telle immobilisation. Ce procédé repose sur les propriétés particulières de greffage des sels d ' aryl-diazonium introduit par Delamar et al., 1992 [Journal of The American Chemical Society, 114, 5883- 5884] :
(a) les sels de diazonium peuvent être formés à partir de dérivés de l'aniline, dans une solution acide de NaN02 ;
(b) ce sel de diazonium peut alors être électroréduit pour conduire à la libération d'azote, et à la formation d'un radical aryle de forte réactivité ;
(c) ce dernier se greffe, sur la surface de l'électrode qui a fournit l'électron nécessaire à son électro-réduction. Il se forme une liaison covalente de type C-X, où X peut être de l'or, du cobalt, du nickel, du zinc, de l'ITO (film d'oxyde d ' indium-étain) , du platine, du cuivre, du graphite, du diamant, ou du silicium. Récemment, un type de couche activée a été obtenu par électrodéposition de sels de diazonium préalablement modifiés par un groupement maléimide. La couche ainsi obtenue peut être par la suite fonctionnalisée par des molécules ou des agents biologiques contenant une fonction thiol libre susceptible de réagir avec ledit groupement maléimide.
L' électro-adressage de sels de diazonium a été mise en œuvre pour la première fois sur des électrodes de carbone vitreux, afin d'immobiliser de manière indirecte une enzyme. La réaction d ' électro-greffage était alors utilisée afin de fonctionnaliser l'ensemble de la surface de carbone vitreux et ainsi d'obtenir une couche d'acétate de phényle. Cette méthode a été utilisée pour dérivatiser la surface afin de réaliser un greffage covalent par couplage chimique de la glucose oxydase. Il s'agit donc ici d'une méthode indirecte d ' électro-adressage .
La réaction de diazotation sur un dérivé aniline a été également utilisée afin de greffer une monocouche de biotine. Un conjugué biotine-aniline a alors été diazoté pour former un dérivé biotine- aryldiazonium, puis greffé par électro-réduction à la surface d'une électrode de carbone sérigraphiée. Ainsi, la surface de l'électrode devient un point d'ancrage covalent pour la streptavidine . Cette surface va permettre la fixation de la phosphatase alcaline marquée à la streptavidine.
Une méthode d ' électro-adressage direct pour la peroxydase du raifort (HRP) a été développée. Un couplage entre le 4-carboxyphényldiazonium et la HRP, via un carbodiimide est réalisé, puis l'adduit HRP- aryldiazonium est électro-adressé sur une électrode de carbone vitreux. Il en résulte la formation d'une couche sensible d'HRP fixée covalemment, permettant de détecter le peroxyde d'hydrogène par voltamétrie cyclique. Il est envisageable d'étendre cette méthode à une plus large variété de supports, sur lesquels il a été montré que les sels d' aryle diazonium pouvaient se greffer tels que le fer, le platine, le cobalt, le nickel, le zinc, le cuivre, l'or, l'ITO et le silicium.
Récemment, un sel de diazonium préalablement modifié par un groupe maléimide a été fonctionnalisé avec un ADNSS [Harper et al., 2008, Langmuir, 24, 2206- 2211] puis a été électro-adressé avec succès.
Evrard et al. a décrit un procédé basé sur 1 ' électrogreffage de sels de diazonium possédant une fonction azoture [Chemistry-a European Journal, 2008, 14, 9286-9291] . Cette dernière permet par une réaction de « Click Chemistry » de former une liaison covalente entre une molécule ou un objet d'intérêt préalablement modifié avec un alcyne terminal. Cette interaction covalente se matérialise par la création d'un lien 1,2, 3-triazole .
De même, l'équipe de Chehimi modifie par électrochimie des surfaces de matériaux conducteurs par des sels de diazonium bromés [Gam-Derouich et al., 2010, Langmuir, 26, 11830-11840]. La couche organique ainsi obtenue est modifiée par réaction de a 3 afin d'obtenir une couche organique présentant des azotures. Ces fonctions peuvent par la suite réagir avec des molécules présentant des alcynes terminaux par Click Chemistry.
Une autre stratégie pour la modification de surface a récemment été décrite [Gross et al., 2010, Langmuir, 26, 7285-7292]. Cette stratégie implique, tout d'abord, le greffage d'une couche organique sur un substrat de type conducteur par électrogreffage, suivi du greffage, sur cette dernière, par photogreffage, de molécules portant des azotures (Schémas le et ld, page 7287) . Dans ce cas, l' azoture se greffe sur la surface : il s'agit d'une démarche du haut vers le bas relative à l' azoture. Cette dernière implique qu'il faut pour accrocher une molécule d'intérêt qu'elle soit fonctionnalisée avec un azoture, ce qui demande une chimie lourde et dangereuse pour la biologie (altération du centre enzymatique par exemple) puisqu'une petite molécule porteuse de l' azoture devra réagir avec une plus grosse (la molécule d'intérêt) . Nous tenons à faire remarquer que, suite à l'étape d' électrogreffage, la surface du carbone vitreux est fonctionnalisée par une molécule présentant soit un groupement -COOH (cas du CBD) , soit un groupement - O2 (cas du NPD) . Aucune étape ou aucun protocole n'est décrit dans l'article de Gross et al., 2010 qui pourrait transformer ces groupements en groupements photoactivables préalablement à l'étape de photogreffage, d'autant plus que le groupement photoactivable impliqué dans cette étape est porté par la molécule d'intérêt.
En effet, le photogreffage est également une technique mise en œuvre pour fonctionnaliser des supports avec des molécules ou des objets d'intérêt. Ainsi, il a été envisagé de modifier une protéine artificielle présentant un domaine de capture protéique par une fonction arylazoture, cette fonction permettant de greffer, par photolyse, la protéine sur un substrat isolant [Zhang et al., 2005, Journal of the American Chemical Society, 127, 10136-10137] .
Les travaux de Ziani-Cherif et al. portent sur des polymères comportant des unités diazoniums ou azotures qui permettent de greffer ces polymères sur un substrat par photochimie [1999, Macromolecules , 32, 3438-3447] . Ces travaux ont été menés dans le but de développer des surfaces « anti-fouling » (ou antisalissures) .
Enfin, dans l'article de Mahouche et al., 2009 [Surface Science, 603, 3205-3211], il est envisagé de greffer électrochimiquement un sel de diazonium qui porte un précurseur d'azoture. Une fois le greffage réalisé, une réaction de « Click Chemistry » très classique avec des acétyléniques et nécessitant du cuivre I peu apprécié pour des applications dans le domaine biologique est mise en œuvre. L'article de Ortega-Munoz et al., décrit une surface pré-activée consistant en un support en silice fonctionnalisé par des groupements vinyl-sulfone . Cette surface pré¬ activée est capable de former des liaisons covalentes par addition de type Michaël avec des groupements thiol ou aminé notamment portés par des biomolécules [2010, J. Mat. Chem., 20, 7189-7196].
L'immobilisation covalente d'objets biologiques ou de molécules biologiquement actives peut passer soit par l'activation d'une surface préalablement modifiée, soit par la modification de l'objet biologique ou de la molécule biologiquement active avant son immobilisation sur le support. Ces étapes d' activation sont généralement effectuées dans des milieux incompatibles avec les milieux biologiques et entraînent la formation de produits secondaires pouvant entraîner des biais lors de la mesure.
Les modifications d'objets biologiques ou de molécules biologiquement actives peuvent entraîner une perte d'activité de ces dernières. De plus, ces dernières ne s'effectuent généralement pas de façon contrôlée, leur purification et leur étude restant longues et coûteuses surtout en présence d'un nombre important d'objets modifiés.
Les inventeurs se sont fixés pour but de créer, à la surface de matériaux conducteurs ou non, une couche organique de grande qualité d'adhésion pouvant réagir par la suite avec une molécule ou un objet d' intérêt afin de créer un lien covalent entre la surface et cette molécule ou cet objet. Cette liaison covalente doit être obtenue, de manière spontanée, sans utiliser d' activateurs chimiques traditionnels, ou facilement contrôlable, sans produire de produits secondaires pouvant être délétères pour le système ainsi créé. Cette liaison covalente doit être établie par un système le plus universel possible, c'est-à-dire apte à réagir avec le plus grand nombre de fonctions chimiques présentes à la surface de la molécule ou de l'objet d'intérêt. Ce système devra être en autre capable de réagir avec des groupes alkyles et donc d'établir un lien covalent entre la surface et une chaîne d' alcane par exemple.
EXPOSÉ DE L' INVENTION
La présente invention permet de résoudre les problèmes techniques tels que précédemment définis et d'atteindre le but que se sont fixés les inventeurs.
En effet, les travaux des inventeurs ont permis de mettre au point un procédé permettant de fonctionnaliser toute sorte de surface qu'elle soit électriquement isolante, semiconductrice ou conductrice avec une large gamme de molécules ou d'objets d'intérêt ne nécessitant pas leur modification préalable.
La présente invention est basée sur l'utilisation d'un composé à réactivité double et avantageusement orthogonale. La notion d' orthogonalité réside dans le fait que le composé mis en œuvre dans le cadre de la présente invention possède deux types de fonctions « fonctionnalisables » qui peuvent ne pas être activées en même temps par un même procédé. Une fonction est, par exemple, activée par un processus auquel l'autre fonction est insensible et vice versa.
Le composé mis en œuvre dans le cadre de la présente invention présente, d'une part, un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci et, d'autre part, un groupement - 2+ ou un précurseur de celui-ci. Chacun de ces groupements est activable de façon séquentielle pour permettre, tout d'abord, le greffage, avantageusement contrôlé ou spontané, sur la surface à fonctionnaliser, puis le greffage, avantageusement contrôlé ou spontané, de la molécule ou de l'objet d'intérêt. Grâce aux groupements mis en œuvre, la présente invention s'applique à un grand nombre de surfaces, de molécules d'intérêt et d'objets d'intérêt puisqu' aucune réelle contrainte telle que la présence de groupements particuliers, définis et limités, n'existe à leur niveau.
Ainsi, la présente invention concerne un procédé pour fonctionnaliser au moins une zone d'une surface avec au moins une molécule ou un objet d'intérêt, comprenant les étapes successives consistant à i) faire réagir, sur ladite zone, au moins un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui- ci ;
ii) faire réagir la zone obtenue à l'étape (i) avec ladite molécule ou ledit objet d'intérêt ;
l'étape (i) impliquant un greffage chimique ou un électrogreffage et l'étape (ii) un photogreffage, ou l'étape (i) impliquant un photogreffage et l'étape (ii) un greffage chimique,
un premier groupement du sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable étant mis en œuvre à l'étape (i) et un autre groupement à 1 ' étape ( ii ) .
L'expression « un premier groupement du sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable étant mis en œuvre à l'étape (i) et un autre groupement à l'étape (ii) » est équivalente à l'expression « le groupement diazonium du sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable étant mis en œuvre lors de l'étape de greffage chimique ou d' électrogreffage et le groupement photoactivable étant photoactivé lors de l'étape de photogreffage ». Les deux expressions ci-dessus sont utilisables de façon interchangeable.
Le procédé selon la présente invention se distingue des procédés de l'état de la technique notamment tel que l'article de Gross et al., 2010 par la présence du groupement photoactivable ou de son précurseur au niveau de la surface à fonctionnaliser. Cette surface possède, à elle seule, le potentiel d'adhésion, la molécule ou l'objet d'intérêt n'a pas besoin d'être préparé (e) . Il s'agit d'un processus dans lequel l'attaque chimique se fait à partir de la surface i.e. vers la molécule ou l'objet d'intérêt, par rapport au groupement photoactivable tel qu'un groupement azoture. On peut définir ce processus de processus de type « Grafting from ».
De plus, la mise en œuvre de groupements photoactivables permet de travailler plus facilement dans les milieux aqueux et biologiques, compte tenu de la stabilité de ces groupements. Leur réactivité directement contrôlée par la lumière à l'endroit et au moment où on le souhaite. Cette situation chimique représente, de façon imagée, un « interrupteur chimique ».
Il convient de noter que la présente invention permet d'améliorer encore la technologie décrite dans la demande internationale WO 2008/078052 en apportant une solution à des situations particulières, par exemple, cas des matériaux solubles dans les milieux aqueux et/ou acides.
Le caractère remarquable, fruit de la mise en œuvre d'un greffage par activation lumineuse est tout d'abord, le contrôle de l'instant de ce greffage par déclenchement optique, permettant de fait d'en optimiser les conditions. D'autre part, la force chimique (l'efficacité) et surtout le spectre de réaction d' insertion spécifique de molécules comme les nitrènes, qui sont notamment produits par un processus optique de clivage, est très large. On peut citer, comme exemple particulier, le fait que la réaction de ces nitrènes est possible avec des groupes alkyls qui sont particulièrement inertes à toute réaction chimique !
Par « fonctionnaliser au moins une zone d'une surface avec au moins une molécule ou un objet d' intérêt », on entend, dans le cadre de la présente invention, l'immobilisation d'au moins une molécule ou d'au moins un objet d'intérêt sur au moins une zone de la surface, cette immobilisation impliquant une ou plusieurs liaisons covalentes. On peut donc parler d'immobilisation covalente. Il est évident qu'une même zone d'une surface peut être fonctionnalisée par plusieurs molécules d'intérêt identiques ou différentes et/ou par plusieurs objets d'intérêt identiques ou différents. De même, sur la zone de la surface à fonctionnaliser, peuvent être greffées plusieurs molécules, identiques ou différentes, obtenues à partir d'un (ou plusieurs) sel (s) d' aryle diazonium substitué (s) par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci.
Au sens de la présente invention, par « surface » il faut entendre la partie extérieure d'un corps ou d'un support solide, qui le limite en tout sens. L'invention s'applique à tout type de surface quelle que soit sa géométrie. Cette dernière peut être simple, comme une surface parfaitement plane, ou complexe, comme une surface rugueuse, ou présentant des cavités non obstruées i.e. accessibles à la lumière et ce quel que soit le matériau constituant la surface et le reste du corps ou du support solide dont elle dépend .
L' invention est applicable à une grande diversité de surface d' intérêt dont la composition peut-être choisie parmi une grande variété de matériaux car le procédé peut mettre à profit un mécanisme réactionnel de nature ionique et/ou radicalaire et généralement de nature radicalaire ou impliquant des lacunes et paires de Lewis simultanément les rendant très réactives ce qui est la spécificité des carbènes ou nitrènes. Dans le procédé selon l'invention, la nature de la surface mise en œuvre influe peu sur le procédé de l'invention. Ainsi, la surface mise en œuvre dans le cadre de la présente invention peut être de nature organique ou non organique, et/ou de nature composite avec éventuellement une composition non uniforme. Elle peut être isolante, semi-conductrice ou conductrice de l'électricité.
Toute surface présentant un ou plusieurs atome (s) ou groupement ( s ) d'atomes pouvant être impliqué (s) dans une réaction d'addition ou de substitution radicalaire, tel que CH, les carbonyles (cétone, ester, acide, aldéhyde) , OH, SH, les éthers, les aminés, les halogènes, comme F, Cl, Br, est, notamment et non exclusivement, concernée par la présente invention.
Les surfaces de nature inorganique peuvent être notamment choisies parmi les matériaux conducteurs comme les métaux, les métaux nobles, les métaux oxydés, les métaux de transition, les alliages métalliques et par exemple Ni, Zn, Au, Pt, Ti ou l'acier. Il peut également s'agir de matériaux semi-conducteurs comme Si, SiC, AsGa, Ga, etc. Il est également possible d'appliquer le procédé à des surfaces non conductrices comme les oxydes non conducteurs. De manière plus générale, une surface inorganique peut être constituée, par exemple, d'un matériau amorphe ou encore une céramique, aussi bien que cristallin comme le diamant ou du graphite pouvant être plus ou moins organisé.
A titre de surface de nature organique, on peut citer notamment des polymères naturels comme le latex ou le caoutchouc, ou artificiels comme les dérivés de polyamide ou de polyéthylène, et notamment les polymères présentant des liaisons de type n comme les polymères portant des liaisons éthyléniques , des groupements carbonyles ou imine. Il est également possible d'appliquer le procédé à des surfaces organiques plus complexes telles que des surfaces comprenant des polysaccharides, comme la cellulose pour le bois ou le papier, des fibres artificielles ou naturelles, comme le coton ou le feutre, ainsi que des polymères fluorés tels que le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou encore à des polymères porteurs de groupements basiques comme des aminés tertiaire ou secondaire et par exemple les pyridines, comme les poly-4 et poly-2-vinylpyridines (P4VP et P2VP) ou plus généralement des polymères porteurs de groupements aromatiques et aromatiques nitrogénés.
Avantageusement, la surface mise en œuvre dans le cadre de la présente invention est constituée d'un matériau choisi dans le groupe constitué par les métaux, les alliages métalliques, le bois, le papier, le coton, le feutre de carbone, le silicium et les matériaux organiques tels que les polymères organiques, les polymères fluorés ou non fluorés et le diamant.
La zone de la surface impliquée dans le procédé de fonctionnalisation selon l'invention peut être de taille et/ou de forme variable. La forme de cette zone peut être simple ou complexe. Elle peut occuper de 0,01 % à 100 % de la surface totale de la surface mise en œuvre. Cette zone varie généralement entre l'échelle métrique et nanométrique et notamment entre l'échelle centimétrique et micrométrique.
Par « molécule d' intérêt », on entend, dans le cadre de la présente invention, toute molécule, et plus particulièrement toute molécule de nature organique, susceptible de réagir avec une entité radicalaire, une entité ionique ou une entité présentant un (ou plusieurs) électron (s) non apparié (s) , des lacunes acides de Lewis, des paires de Lewis (ou doublets bases de Lewis), un état singulet et/ou un état triplet.
A titre d'exemples de molécules d'intérêt utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut citer notamment :
- les molécules organiques comportant des bases organiques faibles comme C02 ~, S032~, les aminés et les molécules aromatiques azotées ;
les macromolécules organiques comme les porphyrines, les phtalocyanines et les dendrimères ;
- les molécules biologiques comme les peptides, les protéines telles que les enzymes, les anticorps ou fragments d'anticorps, les récepteurs cellulaires ou membranaires , les polysaccharides , les lipides, les cellules ou parties cellulaires telles que des organites ou des membranes cellulaires et les acides nucléiques tels que ADN et ARN ;
- les polymères ;
- les molécules hydrophobes telles que définies ci-après .
Avantageusement, la molécule d'intérêt, lorsqu'elle est mise en contact avec la surface portant des groupements photoactivables , des groupements diazonium ou leurs précurseurs, i.e. la surface adhésive, se présente sous forme pure telle qu'un liquide ou une huile.
Lorsque la molécule d'intérêt mise en œuvre pour fonctionnaliser au moins une zone d'une surface est une molécule biologique telle que précédemment définie, le procédé selon l'invention peut être utilisé pour préparer une biopuce ou un biocapteur.
Par « objet d'intérêt », on entend, dans le cadre de la présente invention, un objet dont la taille varie généralement entre l'échelle micrométrique et nanométrique . Avantageusement, l'objet d'intérêt est un nano-objet (NB) . Par « nano-objet », on entend, dans le cadre de la présente invention, un objet, organique ou inorganique, de taille nanométrique i.e. dont au moins une de ses dimensions externes est de taille nanométrique. Il peut s'agir d'un nano-objet choisi parmi un feuillet tel qu'un feuillet de graphène, un nanofil, une nanoparticule, un nanotube et un agrégat et notamment parmi une nanoparticule métallique, un agrégat métallique ou en alliage métallique, un nanotube de carbone (CNT) simple-paroi (SWCNT) ou multi-parois (MWCNT) , un feuillet de graphène, un fullerène, du graphite et notamment du graphite dit HOPG (pour « Highly Ordered Pyrolytic Graphite ») , un nanofil de silicium ou une nanoparticule métallique.
Avantageusement, le nano-objet mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est en un matériau carboné.
Par « sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci », on entend, dans le cadre de la présente invention, (1) un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable, (2) un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un précurseur d'un groupement photoactivable, (3) un précurseur d'un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable et (4) un précurseur d'un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un précurseur d'un groupement photoactivable.
Typiquement, un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable est un composé de formule (I) suivante :
B-R-N2 +, A" (I)
dans laquelle :
- B représente un groupement photoactivable,
- A représente un anion monovalent et
- R représente un groupe aryle. A titre de groupe aryle R susceptible d'être mis en œuvre dans le cadre de la présente invention, notamment pour le composé de formule (I) ci-dessus, on peut avantageusement citer une structure carbonée aromatique ou hétéroaromatique, éventuellement mono- ou polysubstituée, constituée d'un ou plusieurs cycles aromatiques ou hétéroaromatiques comportant chacun de 3 à 8 atomes, le ou les hétéroatomes pouvant être N, 0, P ou S. Le ou les substituants peuvent contenir un ou plusieurs hétéroatomes, tels que N, 0, F, Cl, P, Si, Br ou S ainsi que des groupes alkyles en Cl à C6 notamment .
Avantageusement, le groupe aryle susceptible d'être mis en œuvre dans le cadre de la présente invention, notamment pour le composé de formule (I) ci- dessus est un composé comprenant un seul cycle (hétéro) aromatique éventuellement substitué, notamment un seul cycle aromatique éventuellement substitué et, en particulier, un seul cycle aromatique à 6 atomes de carbone éventuellement substitué. Le cycle aromatique tel que précédemment décrit peut n'être substitué par aucun autre groupement que le groupement photoactivable (B) . En variante, le cycle aromatique est substitué par au moins un autre substituant en plus du groupement photoactivable (B) , notamment par un, deux, trois ou quatre autre (s) substituant ( s ) , identiques ou différents, en plus du groupement photoactivable (B) . Par exemple, le cycle aromatique et notamment le cycle aromatique à 6 atomes de carbone est substitué par un, deux, trois ou quatre atomes de fluor. Quelle que soit la variante envisagée, le groupement photoactivable et le groupement -N2 sont avantageusement disposés, en para, sur le groupe aryle.
Dans la formule (I), A peut notamment être choisi parmi les anions inorganiques tels que les halogénures comme I~, Br~ et Cl~, les halogénoborates tels que le tétrafluoroborate, les perchlorates et les sulfonates et les anions organiques tels que les alcoolates et les carboxylates. Par « groupement photoactivable », on entend un groupement fonctionnel chimique qui, lorsque exposé à une énergie électromagnétique et notamment à une longueur d' onde adaptée du spectre électromagnétique est converti en une espèce réactive telle qu'une espèce radicalaire, un nitrène ou un carbène, apte à former une liaison covalente avec une autre espèce similairement réactive d'un type identique ou différent. Tout groupement photoactivable connu de l'homme du métier est utilisable dans le cadre de la présente invention. De préférence, dans le cadre de la présente invention, un groupement photoactivable n'est pas un sel de diazonium.
Avantageusement, le groupement photoactivable susceptible d'être mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est choisi parmi un groupement thiol, un groupement -C (0) -Ri avec Ri représentant un groupement aryle notamment tel que précédemment défini, un groupement azoture (-N3) , un groupement arylazide -R2-N3 avec R2 représentant un groupement aryle notamment tel que précédemment défini ou un groupement diazirine -C(N2) -R3 avec R3 représentant un groupement alkyle notamment un groupement alkyle linéaire ou branché, de 1 à 10 atomes de carbone, notamment de 1 à 4 atomes de carbone, éventuellement substitué.
En particulier, le groupement photoactivable susceptible d'être mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est choisi parmi -SH, -N3 ou -C (0) -
C6¾ .
Dans l'étape (i) du procédé selon la présente invention, l'expression « faire réagir » englobe non seulement la réaction du composé sur la zone de la surface mais aussi l'éventuelle transformation d'un précurseur en ledit composé. Le procédé selon la présente invention implique un greffage chimique ou un électrogreffage à l'étape (i) et un photogreffage à l'étape (ii) ou un photogreffage à l'étape (i) et un greffage chimique à l'étape (ii) . Ce qui signifie que le procédé selon l'invention prévoit trois variantes principales :
- la lere dans laquelle le greffage chimique et le photogreffage interviennent respectivement à l'étape
(i) et à l'étape (ii) ;
- la 2nde dans laquelle le greffage chimique et le photogreffage interviennent respectivement à l'étape
(ii) et à l'étape (i) et
- la 3ieme dans laquelle 1 ' électrogreffage et le photogreffage interviennent respectivement à l'étape (i) et à l'étape (ii) . Dans le cadre de la lere variante, comme le greffage chimique est réalisé d'abord faisant intervenir le groupement - 2+ qui participe, suite à sa réduction, à la liaison covalente de la molécule avec la surface à fonctionnaliser, la molécule greffée présente donc au moins un groupement photoactivable, ou un précurseur de celui-ci, qui intervient durant la fixation covalente de la molécule ou de l'objet d' intérêt .
Ainsi, dans cette lere variante, le procédé comprend les étapes successives consistant à :
ai) mettre en contact la zone de la surface à fonctionnaliser avec au moins un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci dans des conditions non électrochimiques permettant de greffer sur ladite zone, par greffage chimique, au moins une molécule présentant au moins un groupement photoactivable, ou un précurseur de celui-ci ;
bi) éventuellement transformer ledit au moins un précurseur présent sur la molécule greffée suite à l'étape (ai) en groupement photoactivable ;
Ci) photoactiver la molécule greffée obtenue suite à l'étape (ai) ou éventuellement suite à l'étape (bi) , en présence de ladite molécule ou dudit objet d' intérêt moyennant quoi ladite molécule greffée forme une liaison avec ladite molécule ou ledit objet d' intérêt .
Le terme « greffage chimique » se réfère notamment à l'utilisation d'entités moléculaires extrêmement réactives radicalaires ou ioniques et notamment cationiques capables de former des liaisons de type liaison covalente avec une surface d'intérêt, lesdites entités moléculaires étant générées indépendamment de la surface sur laquelle elles sont destinées à être greffées, sans que la surface à greffer ne doive obligatoirement être soumise à un quelconque traitement.
Il convient toutefois de remarquer que, sans être obligatoire, la surface peut être soumise, préalablement à tout greffage, à un pré-traitement oxydant tel que décrit dans la demande internationale WO 2010/125190.
Dans le cadre de la présente invention, les expressions « greffage chimique » et « greffage chimique radicalaire » peuvent être utilisées de façon équivalente et interchangeable.
Par « conditions non électrochimiques », on entend, dans le cadre de la présente invention, en absence de tension électrique externe. Ainsi, les conditions non électrochimique mises en œuvre dans le procédé selon l'invention et notamment à l'étape ( ai ) du procédé selon l'invention sont des conditions qui permettent la formation d'entités radicalaires et/ou ioniques à partir du sel d' aryle diazonium utilisé, en l'absence de l'application d'une quelconque tension électrique à la surface à fonctionnaliser ou à la solution contenant le sel d' aryle diazonium. Ces conditions impliquent des paramètres tels que, par exemple, la température, la nature du solvant, la présence d'un additif particulier, l'agitation, la pression alors que le courant électrique n' intervient pas lors de la formation des entités radicalaires . Les conditions non électrochimiques permettant la formation d'entités radicalaires sont nombreuses et ce type de réaction est connu et étudié en détail dans l'art antérieur (Rempp & Merrill, Polymer Synthesis, 1991, 65-86, Huthig & Wepf) .
L'étape (ai) est basée sur le procédé tel que décrit dans la demande internationale WO 2008/078052. Ainsi, toutes les variantes de conditions non électrochimiques décrites dans cette demande internationale sont utilisables dans le cadre de la présente invention. Dans cette variante, la molécule obtenue à partir d'un sel d' aryle diazonium substitué par un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci est avantageusement de type (co) polymérique et se présente notamment sous forme d'un film organique.
Il est ainsi par exemple possible d'agir sur l'environnement thermique, cinétique, chimique, photochimique du sel d' aryle diazonium afin de le déstabiliser pour qu'il forme une entité radicalaire et/ou ionique. Il est bien entendu possible d'agir simultanément sur plusieurs de ces paramètres. Lorsque l'environnement photochimique ou radiochimique est mis en œuvre pour former une entité radicalaire et/ou ionique à partir du sel d' aryle diazonium substitué par un groupement photoactivable et pour garantir 1 ' orthogonalité des deux groupements réactifs (i.e. groupements - 2 + et photoactivable) , on utilise soit un groupement photoactivable qui n'est pas activé à la longueur d'ondes d' activation du groupement - 2 +, soit un précurseur d'un groupement photoactivable. Dans ce dernier cas, il est évident que le précurseur du groupement photoactivable ne doit pas être activé à la longueur d'ondes d' activation du groupement - 2+ .
Dans le cadre de la présente invention, les conditions non électrochimiques permettant la formation d'entités radicalaires et/ou ioniques sont typiquement choisies dans le groupe constitué par les conditions thermiques, cinétiques, chimiques, photochimiques, radiochimiques et leurs combinaisons. Avantageusement, les conditions non électrochimiques sont choisies dans le groupe constitué par les conditions thermiques, chimiques, photochimiques et leurs combinaisons entre elles et/ou avec les conditions cinétiques.
L'environnement thermique est fonction de la température. Son contrôle est aisé avec les moyens de chauffage habituellement employés par l'homme du métier. L'utilisation d'un environnement thermostaté présente un intérêt particulier puisqu' il permet un contrôle précis des conditions de réaction.
L'environnement cinétique correspond essentiellement à l'agitation du système et aux forces de frottement. Il ne s'agit pas ici de l'agitation des molécules en elle-même (élongation de liaisons etc.), mais du mouvement global des molécules. L'application d'une pression permet notamment d'apporter de l'énergie au système pour que le sel d' aryle diazonium soit déstabilisé et puisse former des espèces réactives, radicalaires et/ou ioniques.
Enfin, l'action de rayonnements divers tels que rayonnements dans le visible, rayons UV notamment aux moyens d'une lampe UV, d'une lampe excimère ou d'un laser. La longueur d'onde employée sera choisie en fonction du sel utilisé de manière à activer la fonction diazonium sans activer la fonction photoactivable, comme expliqué ci-après.
Dans le cadre des conditions chimiques, on emploie dans le milieu réactionnel un ou plusieurs amorceur(s) chimique (s). La présence d'amorceurs chimiques est souvent couplée à des conditions environnementales non chimiques, telles qu'exposées ci- dessus. Typiquement, un amorceur chimique, dans les conditions environnementales choisies, agit sur le sel d' aryle diazonium et engendre la formation d'entités radicalaires et/ou ioniques à partir de ce dernier i.e. sa réduction. Il est également possible d'employer des amorceurs chimiques dont l'action n'est pas liée essentiellement aux conditions environnementales et qui peuvent agir sur de vastes plages de conditions thermiques ou encore cinétiques. L' amorceur sera de préférence adapté à l'environnement de la réaction, par exemple au solvant si un solvant est employé.
Il existe de nombreux amorceurs chimiques. On en distingue généralement trois types en fonction des conditions environnementales employées :
les amorceurs thermiques dont les plus courants sont les peroxydes ou les composés azoïques. Sous l'action de la chaleur, ces composés se dissocient en radicaux libres. Dans ce cas, la réaction est effectuée à une température minimum correspondant à celle nécessaire à la formation de radicaux à partir de 1' amorceur. Ce type d'amorceurs chimiques est en général utilisé spécifiquement dans un certain intervalle de températures, en fonction de leur cinétique de décomposition ;
les amorceurs photochimiques ou radiochimiques qui sont excités par le rayonnement déclenché par irradiation (le plus souvent par UV, mais aussi par radiations γ ou par faisceaux d'électrons) permettent la production de radicaux par des mécanismes plus ou moins complexes. Le BusSnH et l'I2 appartiennent aux amorceurs photochimiques ou radiochimiques. Si des amorceurs photochimiques ou radiochimiques sont mis en œuvre, ces derniers doivent, pour garantir 1 ' orthogonalité des deux groupements réactifs (i.e. groupements - 2+ et photoactivable) , doivent être activés à une longueur d'ondes d' activation à laquelle le groupement photoactivable n'est pas activé ou il convient d'utiliser un précurseur du groupement photoactivable. Dans ce dernier cas, il est évident que le précurseur du groupement photoactivable ne doit pas être activé à la longueur d' ondes d' activation des amorceurs photochimiques ou radiochimiques mis en œuvre .
les amorceurs essentiellement chimiques, ce type d' amorceurs agissant rapidement et dans des conditions normales de température et de pression sur le sel d' aryle diazonium pour lui permettre de former des radicaux et/ou des ions. De tels amorceurs ont généralement un potentiel d' oxydoréduction qui est inférieur au potentiel de réduction du sel d' aryle diazonium utilisé dans les conditions de réaction. Selon la nature du sel d' aryle diazonium, il peut ainsi s'agir par exemple d'un métal réducteur, tel que du fer, zinc, nickel ; d'un métallocène ; d'un réducteur organique comme l'acide hypophosphoreux (H3PO2) ou l'acide ascorbique ; d'une base organique ou inorganique dans des proportions suffisantes pour permettre une déstabilisation du primaire d'adhésion. Avantageusement, le métal réducteur utilisé en tant qu'amorceur chimique se présente sous forme finement divisée, comme de la laine (également appelée plus communément « paille ») métallique ou de la limaille métallique. Généralement, lorsqu'une base organique ou inorganique est utilisée comme amorceur chimique, un pH supérieur ou égal à 4 est généralement suffisant. Des structures de type réservoir de radicaux, comme des matrices polymériques préalablement irradiées par un faisceau d'électrons ou par un faisceau d'ions lourds et/ou par l'ensemble des moyens d'irradiations cités précédemment, peuvent également être employées en tant qu'amorceurs chimiques pour déstabiliser le sel d' aryle diazonium et conduire à la formation d'entités radicalaires et/ou ioniques à partir de ce dernier.
Selon les conditions employées lors de l'étape (ai) du procédé selon l'invention, il est bien entendu possible d'utiliser un solvant. Ainsi, par exemple, lorsque des conditions chimiques sont employées et qu'un amorceur est utilisé, celui-ci sera avantageusement placé dans une solution au contact de la surface réactive pour permettre la déstabilisation du sel d' aryle diazonium et la formation des espèces réactives. Avantageusement, le solvant sera choisi de telle sorte qu'il ne réagisse pas de manière significative avec la surface réactive. Ainsi, par exemple, il est recommandé d'employer un solvant non- protique .
Il est utile de se reporter à l'article de Mévellec et al., 2007 [Chem. Mater., 19, 6323-6330] pour la formation d'espèces actives et à la demande internationale WO 2008/078052.
L'étape (bi) consiste à transformer le précurseur du groupement photoactivable en ledit groupement photoactivable et ce, pour que l'étape (ci) puisse être mise en œuvre.
Par « précurseur du groupement photoactivable », il faut comprendre un groupement séparé du groupement photoactivable par une ou deux étapes opératoires uniques et aisées à mettre en œuvre. Généralement mais pas obligatoirement, les précurseurs présentent une stabilité plus importante que les groupements photoactivables dans les mêmes conditions environnementales. L'homme du métier connaît différents couples « précurseur de groupement photoactivable/ groupement photoactivable ». Ainsi, par exemple, les groupements -N¾+ et -N¾ sont des précurseurs du groupement -N3. En effet, par simple réaction d'oxydation, par exemple, avec a 02 dans un milieu aqueux acide, il est possible de former un groupement - 2 + à partir des groupements -N¾+ et -N¾, puis de former un groupement -N3 par réaction du groupement - 2 + avec a 3. De même, un groupement -X avec X pouvant être idéalement du brome ou de l'iode et se présentant sous forme d'un groupement -(CH2)m _X avec m un nombre entier choisi entre 1, 2, 3 ou 4 est un précurseur du groupement -N3. La conversion du groupement -(CH2)m _X en groupement -(CH2)m _N3 peut être faite par une simple immersion de plusieurs heures dans une solution de a 3 typiquement à 10~2 M dans la DMF. Par « plusieurs heures », on entend avantageusement entre 2 et 15 h, notamment entre 4 et 12 h et, en particulier, de l'ordre de 8 h (i.e. 8 h ± 1 h) . L'étape (ci) consiste à soumettre la molécule greffée sur la zone de la surface à fonctionnaliser et, plus particulièrement, le groupement photoactivable qu'elle comprend à un rayonnement lumineux apte à déstabiliser ledit groupement et entraîner sa réaction avec la molécule ou l'objet d'intérêt.
Le rayonnement lumineux et notamment la longueur d'onde utilisée et le temps d'application du rayonnement sont des paramètres que l'homme du métier saura déterminer en fonction du groupement photoactivable mis en œuvre.
Ce rayonnement lumineux peut être un rayonnement visible tel qu'un rayonnement visible bleu ou un rayonnement ultraviolet tel qu'un rayonnement UVA, UVB, UVC ou UV proche visible.
A titre d'exemples non limitatifs de longueurs d'onde de rayonnement utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut citer :
une longueur d' onde inférieure ou égale à 500 nm, notamment inférieure ou égale à 400 nm et, en particulier de 365 nm lorsque le groupement photoactivable est un groupement thiol ; une longueur d'onde comprise entre 200 et 500 nm, notamment entre 300 et 400 nm et, en particulier, de 365 nm lorsque le groupement photoactivable est un groupement -C (0) -Ri avec Ri représentant un groupement aryle tel que précédemment défini ;
une longueur d'onde comprise entre 200 et 500 nm, notamment entre 240 et 430 nm et, en particulier, de 254 nm lorsque le groupement photoactivable est un groupement azoture (-N3) ;
une longueur d'onde comprise entre 200 et 500 nm et notamment entre 240 et 430 nm, lorsque le groupement photoactivable est un groupement diazirine comme un groupement de formule -C( 2) -R3 avec R3 tel que précédemment défini.
Comme précédemment expliqué, les espèces réactives obtenues à partir des groupements photoactivables suite à l'application du rayonnement lumineux, i.e. les espèces radicalaires , les nitrènes et les carbènes sont susceptibles de réagir avec différents types de groupements portés par la molécule d'intérêt ou l'objet d'intérêt. Il convient de noter que, lorsque le groupement photoactivable est un groupement thiol, l'espèce réactive obtenue après l'application du rayonnement lumineux est un radical sulfényl de formule RS ' , ce dernier réagissant avantageusement avec un groupement alcène ou alcyne terminal porté par la molécule d'intérêt ou l'objet d' intérêt . Dans le cadre de la 2n e variante, comme le photogreffage est réalisé d'abord en faisant intervenir le groupement photoactivable qui participe à la liaison covalente de la molécule avec la surface à fonctionnaliser, la molécule greffée présente donc un groupement - 2 + ou un précurseur de celui-ci qui intervient durant la fixation covalente de la molécule ou de l'objet d'intérêt.
Ainsi, dans cette 2nde variante, le procédé comprend les étapes successives consistant à :
a2) mettre en contact la zone de la surface à fonctionnaliser avec au moins un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci sous un rayonnement lumineux permettant de greffer sur ladite zone, par photogreffage, au moins une molécule présentant au moins un groupement - 2 + ou un précurseur de celui-ci ;
b2) éventuellement transformer ledit au moins un précurseur présent sur la molécule greffée suite à l'étape (a2) en groupement -N2 + ;
c2) soumettre à des conditions non électrochimiques la molécule aromatique greffée obtenue suite à l'étape (a2) ou éventuellement suite à l'étape (b2) , en présence de ladite molécule ou dudit objet d'intérêt moyennant quoi ladite molécule greffée forme une liaison avec ladite molécule ou ledit objet d' intérêt .
Dans cette 2nde variante, il est évident que la longueur d'onde utilisée pour activer le groupement photoactivable lors de l'étape (a2) doit être distincte d'une longueur d'onde capable d'activer le diazonium du sel d' aryle diazonium mis en œuvre. En variante, on peut mettre en œuvre, lors de l'étape (a2) , un précuseur du - 2 + du sel d' aryle diazonium. Dans ce dernier cas, il est évident que le précurseur du groupement - 2 + ne doit pas être activé à la longueur d'ondes d' activation du groupement photoactivable.
Ces conditions sont nécessaires pour garantir que le groupement diazonium et que le groupement photoactivable sont bien des fonctions orthogonales pouvant être activées de façon séquentielle et distincte. Comme précédemment explicité, il faut avoir deux systèmes d'illumination de longueurs d'ondes différentes pour activer soit le diazonium, soit le groupement photoactivable. Cette propriété est directement reliée à la nature chimique du composé intégrant la fonction diazonium et le groupement photoactivable .
Tout ce qui a été précédemment explicité pour l'étape (ci) s'applique mutatis mutandis à l'étape (a2) de la 2nde variante. Tous les groupements photoactivables envisagés sont utilisables lors de l'étape (a2) . Avantageusement, ces groupements photoactivables sont choisis parmi les groupements -C (0) -Ri avec Ri représentant un groupement aryle tel que précédemment défini, un groupement azoture (-N3) ou un groupement arylazide comme un groupement de formule -R2-N3 avec R2 représentant un groupement aryle tel que précédemment défini. Avantageusement encore, l'étape (ci) ou (a2) est mise en œuvre à sec ou en présence de peu de solvant. L'étape (b2) consiste à transformer le précurseur du groupement - 2 + en ledit groupement - 2 + et ce, pour que l'étape (c2) puisse être mise en œuvre.
Par « précurseur du groupement - 2 + », il faut comprendre un groupement séparée du groupement - 2 + par une étape opératoire unique et aisée à mettre en œuvre. Généralement les précurseurs des sels d' aryle diazonium utilisés sont les arylamines présentant une stabilité plus importante que lesdits sels. En effet, par simple réaction d'oxydation, par exemple, avec a 02 dans un milieu aqueux acide, ou avec NOBF4 en milieu organique, il est possible de former les sels d' aryle diazonium correspondant .
Il convient de remarquer qu'une étape comparable à l'étape (b2) peut être mis en œuvre préalablement à l'étape (ai) de la lere variante et ce, notamment s'il s'agit d'un précurseur de sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci qui est mis en œuvre.
De même, une étape comparable à l'étape (bi) peut être mis en œuvre préalablement à l'étape (a2) de la 2nde variante et ce, notamment s'il s'agit d'un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un précurseur d'un groupement photoactivable ou un précurseur d'un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un précurseur d'un groupement photoactivable qui est mis en œuvre .
Enfin, tout ce qui a été précédemment explicité pour l'étape (ai) s'applique mutatis mutandis à l'étape (c2) de la 2nde variante. Il convient de remarquer qu'une fois la molécule présentant au moins un groupement - 2 + ou un précurseur d'un tel groupement greffée par photogreffage, le procédé est comparable à un sel d' aryle diazonium ou précurseur de celui-ci supporté tel que décrit dans la demande internationale WO 2009/121944. L'homme du métier pourra par conséquent se référer à cette dernière et aux différentes variantes envisagées pour la mise en œuvre de l'étape (c2) du procédé selon l'invention.
Les étapes (ci) et (c2) peuvent être subdivisées en deux sous-étapes qui peuvent être mises en œuvre simultanément ou l'une après l'autre. Ces deux sous- étapes consistent, tout d'abord, à soumettre la molécule présentant un groupement photoactivable ou un groupement -N2 + respectivement à un rayonnement lumineux ou à des conditions non électrochimiques puis à mettre en présence cette molécule activée avec la molécule ou l'objet d'intérêt. Dans le cadre de la 3eme variante, comme
1 ' électrogreffage est réalisé d'abord faisant intervenir le groupement -N2 + qui participe, suite à son électroréduction, à la liaison covalente de la molécule avec la surface à fonctionnaliser, la molécule greffée présente donc au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci qui intervient durant la fixation covalente de la molécule ou de l'objet d'intérêt. Il convient de souligner que cette variante ne s'applique qu'aux surfaces conductrices ou semi- conductrices de l'électricité. Ainsi, dans cette 3eme variante, le procédé comprend les étapes successives consistant à :
a3) mettre en contact la zone de la surface à fonctionnaliser avec au moins un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci dans des conditions permettant de greffer sur ladite zone, par électrogreffage, au moins une molécule présentant au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci ;
b3) éventuellement transformer ledit au moins un précurseur présent sur la molécule greffée suite à l'étape (a3) en groupement photoactivable ;
C3) photoactiver la molécule greffée obtenue suite à l'étape (a3) ou éventuellement suite à l'étape (b3) , en présence de ladite molécule ou dudit objet d' intérêt moyennant quoi ladite molécule greffée forme une liaison avec ladite molécule ou ledit objet d' intérêt .
Le terme « électrogreffage » se réfère notamment à un procédé de greffage électro-initié et localisé du sel d' aryle diazonium substitué susceptible d'être électriquement activé, sur une surface comprenant des portions conductrices et/ou semi- conductrices de l'électricité, par mise en contact desdits sels d' aryle diazonium substitués avec ladite surface. Dans ce procédé, le greffage est réalisé électrochimiquement en une seule étape sur des zones choisies, définies, desdites portions conductrices et/ou semi-conductrices. Lesdites zones sont portées à un potentiel supérieur ou égal à un potentiel électrique seuil déterminé par rapport à une électrode de référence, ledit potentiel électrique seuil étant le potentiel au-delà duquel se produit le greffage dudit sel d' aryle diazonium substitué. Une fois ledit sel greffé, ce dernier présente une autre fonction réactive vis-à-vis d'un autre radical et apte à enclencher une polymérisation radicalaire qui ne dépend d'aucun potentiel électrique.
Avantageusement, l'étape (a3) comprend les sous-étapes consistant à :
- mettre en contact ladite surface conductrice ou semi-conductrice avec une solution comprenant au moins un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui- ci ;
polariser ladite surface à un potentiel électrique plus cathodique que le potentiel de réduction dudit sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci ;
l'ordre des sous-étapes étant quelconque. Selon l'invention, il est préférable que le potentiel électrique employé à l'étape (a3) du procédé selon la présente invention soit proche du potentiel de réduction du sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci mis en œuvre et qui réagit en surface. Cette variante de la présente invention peut être mise en œuvre dans une cellule d' électrolyse comportant différentes électrodes : une première électrode de travail constituant la surface destinée à recevoir le film, une contre électrode, ainsi qu'éventuellement une électrode de référence.
La polarisation de ladite surface peut être effectuée par toute technique connue de l'homme du métier et notamment en conditions de voltampérométrie linéaire ou cyclique, en conditions potentiostatiques , potentiodynamiques , intensiostatiques , galvanostatiques , galvanodynamiques ou par chronoampérométrie simple ou puisée. Avantageusement, le procédé selon la présente invention est réalisé en conditions voltampérométrie cyclique. Tout ce qui a été précédemment explicité pour les étapes (bi) et (ci) s'applique mutatis mutandis aux étapes (b3) et (C3) respectivement .
La molécule greffée suite aux étapes (ai) , (a2) et (a3) du procédé et présentant soit au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci, soit au moins un groupement - 2 + ou un précurseur de celui-ci est une molécule organique, comprenant de quelques atomes à plusieurs dizaines voire centaines d'atomes. Cette molécule peut donc être une molécule simple et notamment du type aryle substitué ou une molécule présentant une structure plus complexe telle qu'une structure polymère.
Avantageusement, dans cette 3eme variante, le sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci mis en œuvre lors de l'étape (a3) n'est substitué ni par un groupement -COOH, ni par un groupement -NO2. De plus, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape additionnelle de structuration de la zone de la surface mise en œuvre. Cette structuration consiste à modifier la zone ou la surface et, plus particulièrement, à diminuer la taille de cette zone ou de cette surface et/ou à diminuer le nombre d'entités radicalaires et/ou ioniques sur cette zone ou cette surface.
Cette structuration peut intervenir une fois la molécule présentant au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci (ou présentant un groupement - 2 + ou un précurseur de celui- ci) greffée sur la zone de la surface i.e. suite à l'étape (ai) et éventuellement (bi) , suite à l'étape (a2) et éventuellement (b2) ou suite à l'étape (a3) et éventuellement (bs) .
En effet, dans la lere et la 3eme variantes du procédé selon l'invention, il est possible de ne photoactiver que certains des groupements photoactivables greffés sur la zone de la surface à fonctionnaliser en utilisant un masque également connu sous le nom de « photomasque ». Ce dernier ne laisse pas passer le rayonnement lumineux utilisé pour activer le groupement photoactivable.
De même, dans la 2nde variante du procédé selon l'invention, la zone ou la surface obtenue suite à l'étape (a2) ou éventuellement suite à l'étape (b2) peut être soumise à un rayonnement UV sous une lampe UV (spectre 200-500 nm, 200 W) , notamment à l'air, pendant quelques minutes. Typiquement pour une couche portant des groupements - 2 +, un temps d'exposition aux UV de 3 à 10 min permet la destruction de tous les groupements présents à la surface. La couche ainsi obtenue est appelée « couche morte » et ne permet plus la fonctionnalisation de cette couche par une molécule ou un objet d'intérêt.
Le temps d'exposition aux rayonnements UV pour obtenir la « couche morte » est fonction de l'épaisseur de cette dernière i.e. de l'épaisseur de la molécule présentant au moins un groupement - 2 + . En variant le temps d'exposition et/ou l'intensité de l'exposition (puissance inférieure) , la densité des entités radicalaires et/ou ioniques au niveau de la zone de la première surface peut être contrôlée permettant de moduler le nombre de sites actifs par unité de surface. Ce procédé permet de moduler la densité de molécules ou d'objets d'intérêt par unité de surface.
De même, une grille ou un masque déposé (e) sur la zone de la surface possédant une géométrie particulière permet l'obtention de plot (carré, cercle...) puis l'ensemble est soumis à un rayonnement UV. Les zones présentant des groupements - 2 + irradiées à l'UV sont maintenant considérées comme inactives. Les zones présentant des groupements - 2 + non irradiées par l'UV sont toujours considérées comme actives.
En variante encore, la structuration de la zone de la surface mise en œuvre dans le procédé de la présente invention peut être effectuée préalablement au greffage de la molécule présentant au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci (ou présentant un groupement - 2 + ou un précurseur de celui-ci) i.e. préalablement aux étapes (ai), (a2) ou (a3) .
Cette variante implique l'utilisation d'un tampon à appliquer sur la surface ou le support. Ce tampon qui peut être assimilé à un masque correspond typiquement à une entité physique qui n'est ni greffée à la surface, ni liée de manière covalente à celle-ci. Il peut notamment s'agir d'un matériau massif ou d'une mince couche de matière, typiquement de quelques Angstroms à quelques microns, généralement de nature organique, déposé (e) sur la surface.
Le tampon permet de « masquer » localement la réactivité chimique de la surface à l'égard des radicaux, carbène ou nitrène générés durant l'une des deux variantes du procédé et entraîne ainsi le greffage de la molécule présentant au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci (ou présentant un groupement - 2 + ou un précurseur de celui- ci) uniquement sur les parties de la surface exposées à la solution, les zones de la surface équipées par le masque étant préservées dudit greffage. Après élimination du masque en fin d'opération, la surface qui était protégée, contrairement à celle qui n'était pas équipée d'un masque, ne comporte pas de molécule greffée.
De préférence, le masque sera constitué d'une mince couche de matière inorganique ou organique agissant comme une couche de moindre cohésion aisément éliminable dans des conditions douces. Une couche de matière est considérée comme telle dans la mesure où elle ne nécessite pas d'employer des conditions extrêmes nuisibles à la molécule greffée pour être éliminée. Typiquement les conditions douces correspondent à un simple lavage chimique, effectué généralement à l'aide d'un solvant dans lequel le masque est soluble, à un traitement aux ultrasons dans un solvant dans lequel le masque est soluble ou à une élévation de la température.
La matière constituant le masque peut ainsi être choisie dans une large gamme. Elle sera généralement choisie en fonction de la nature du support solide.
Le masque peut réagir avec les radicaux, ions, nitrènes ou carbènes générés au cours du procédé. Dans tous les cas, il est possible de l'éliminer pour découvrir les zones de la surface du support solide protégées du greffage sur lesquelles aucune molécule présentant au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci (ou présentant un groupement - 2+ ou un précurseur de celui-ci) ne sera observée (assimilable aux méthodes dites de « lift-off » en lithographie) .
Les techniques de dépôts de masque sont bien connues de l'homme du métier. Il peut s'agir notamment d'enduction, de vaporisation ou encore d'immersion. Ainsi, le masque, sous forme d'une mince couche de matière, peut-être par exemple déposé soit par dessin direct à partir d'un feutre (type crayon) imprégné de la matière choisie. Sur du verre, il est, par exemple, possible d'employer, à titre de masque, un marqueur tel que ceux proposés en papeterie ou encore des corps gras. Il est également possible d'employer le procédé dit « du tampon ». Cette technique est applicable notamment dans le cas d'une surface complexante pour les atomes de soufre, comme une surface d'or, dans ce cas le masque sera généralement composé d' alkylthiols , en particulier d' alkylthiols à longue chaîne, souvent en C15-C20 et typiquement en C18 (technique dite « de la microimpression » ou « microcontact printing » en anglais) . Plus généralement, les techniques de lithographie classiques peuvent être employées pour former le masque : spin-coating, puis insolation à travers un masque physique ou via un faisceau de lumière ou de particules pilotable, puis révélation.
De plus, dans la 3eme variante, la structuration peut être obtenue en utilisant une surface composite comme décrit dans la demande internationale WO 02/070148.
La présente invention concerne également l'utilisation d'un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci tel que précédemment défini pour fonctionnaliser, par greffage chimique ou électrogreffage et par photogreffage, au moins une zone d'une surface avec au moins une molécule ou un objet d'intérêt. L'expression « pour fonctionnaliser, par greffage chimique ou électrogreffage et par photogreffage » implique que la fonctionnalisation met en œuvre un greffage chimique et un photogreffage ou un électrogreffage et un photogreffage.
Avantageusement, le sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci est choisi parmi 3-C6H4- 2 , A" ; 3-C6H4- H2 ; C6H5-C (0) -C6H4-N2 +, A" ; C6H5-C (0) -C6H4- NH2 ; I- (CH2)m-C6H4-N2+, A" ; I- (CH2) m-C6H4-NH2 ; Br-(CH2)m- C6H4-N2 +, A" ; Br- (CH2)m-C6H4-NH2 ; +H3N-C6H4-N2 +, A" ; +H3N- C6H4-NH2 ; H2N-C6H4-NH2 ; HS-C6H4-N2 +, A" ; et HS-C6H4-NH2, N3- (CH2)m-C6H4-N2 +, A" ; N3- (CH2) m-C6H4-NH2 ; C6H5-C (0) - (CH2)m-C6H4-N2 +, A" ; C6H5-C (0) - (CH2) m-C6H4-NH2 ; +H3N- (CH2)m-C6H4-N2 +, A" ; +H3N- (CH2) m-C6H4-NH2 ; H2N- (CH2) m-C6H4- NH2 ; HS- (CH2)m-C6H4-N2 +, A" ; et HS- (CH2) m-C6H4-NH2, avec A~ représentant un anion monovalent tel que précédemment défini et notamment un chlorure ou un tétrafluorure et m choisi entre 1, 2, 3 et 4.
La lere et la 3eme variantes du procédé selon l'invention avec un greffage chimique ou un électrogreffage suivi d'un photogreffage se caractérise par le fait que la liaison à la surface du support de la molécule présentant au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci relie généralement un atome de carbone d'un cycle aryle à un atome de la surface.
La 2nde variante du procédé selon l'invention avec un photogreffage suivi d'un greffage chimique se caractérise par le fait que la liaison de la molécule présentant au moins un groupement -N2 + ou un précurseur de celui-ci à la surface du support solide relie à un atome de la surface au moins un atome issu du groupement photoactivable qui peut être, par exemple, un atome d'azote (cas du groupement photoactivable -N3) , un atome de soufre (cas du groupement photoactivable -SH) ou un atome de carbone substitué par un groupement -OH et par un groupement aryle -Ri et notamment par un groupement -CeH5 (cas du groupement photoactivable -C (0) -Ri avec Ri représentant un groupement aryle) .
La présente invention concerne également un support solide dont la surface présente au moins une zone susceptible d'être obtenue après l'une quelconque des étapes (ai) , (bi) , (a2) , (b2) , (a3) et (b3) du procédé .
Avantageusement, la présente invention concerne un support solide dont la surface présente au moins une zone susceptible d'être obtenue après l'étape (a2) ou l'étape (b2) du procédé.
Plus particulièrement, la présente invention concerne un support solide dont la surface présente au moins une zone susceptible d'être obtenue après l'étape (a2) ou l'étape (b2) du procédé, à condition que le sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou le précurseur de celui-ci mis en œuvre à l'étape (a2) n'est pas un composé de formule N3- C6H4- H2. En d'autres termes, la présente invention concerne un support solide dont la surface présente au moins une zone susceptible d'être obtenue après l'étape (a2) ou l'étape (b2) du procédé, à condition que la molécule aromatique greffée sur le support ne soit pas de formule -N-R-N¾ avec R représentant un groupe aryle tel que précédemment défini.
La présente invention concerne aussi l'utilisation d'un support solide tel que précédemment défini pour préparer une biopuce ou un biocapteur et une biopuce ou un biocapteur comprenant un support solide dont la surface présente au moins une zone avec au moins une molécule présentant un groupement - 2+ ou un groupement photoactivable ayant réagi avec un élément biologique choisi dans le groupe constitué par les peptides ; les protéines telles que la gélatine, la protéine A, la protéine G, la streptavidine, la biotine, une enzyme ; les anticorps et fragments d'anticorps ; les récepteurs cellulaires ou membranaires ; les lipides ; les polysaccharides comme les glycoaminoglycanes et notamment l'héparine ; des cellules ou parties cellulaires telles que des organites ou des membranes cellulaires et les acides nucléiques tels que ADN et ARN.
En effet, la présente invention trouve des applications particulièrement intéressantes dans le domaine de la biologie. En effet, la surface sur laquelle le procédé selon l'invention est mise en œuvre peut être la surface d'un support se présentant sous diverses formes, de taille variable et utiles en biologie. A titre d'exemples et de façon non exhaustive, il peut se présenter sous forme de lames, de microplaques notamment de microplaques à 12, 24 ou 96 puits, de microplaquettes, de particules, de billes, de microbilles, de fibres, de feutres, de tubes tels que des tubes à hémolyse ou de microcanaux de type capillaires, des colonnes ou des microcolonnes telles que des colonnes SPIN™, de supports utilisés pour les biocapteurs ou les biopuces ou de dispositifs médicaux. Ces différents types de support peuvent avoir des tailles variant de quelques centaines de micromètres à plusieurs centimètres. Dans ces applications en biologie, les molécules d'intérêt à assembler ou à immobiliser, ci-après désignées par « molécules biologiques ou biologiquement actives » seront avantageusement choisies dans le groupe constitué par les peptides ; les protéines telles que la gélatine, la protéine A, la protéine G, la streptavidine, la biotine, une enzyme ; les anticorps et fragments d'anticorps ; les récepteurs cellulaires ou membranaires ; les lipides ; les polysaccharides comme les glycoaminoglycanes et notamment l'héparine ; des cellules ou parties cellulaires telles que des organites ou des membranes cellulaires et les acides nucléiques tels que ADN et ARN.
Ainsi, comme précédemment expliqué, la présente invention peut être utilisée pour la préparation de biopuces ou de biocapteurs. Cette préparation peut présenter différents modes de réalisation des étapes
Figure imgf000047_0001
la molécule biologique ou biologiquement active déposée sur toute la surface à fonctionnaliser,
- ou la molécule biologique ou biologiquement active est déposée grâce à un système de micro ou nano- fluidique de façon directe ou séquentielle sous la forme de goutte, une autre molécule pouvant ainsi être introduite grâce au dépôt d'une goutte et ainsi de suite,
- ou la surface est trempée dans la solution contenant la molécule biologique ou la molécule biologiquement active. La présente invention concerne également un kit d'éléments susceptible d'être utilisé lors de la mise en œuvre d'un procédé tel que précédemment défini. Un tel kit comprend notamment :
dans un premier compartiment, un support solide dont la surface présente au moins une zone susceptible d'être obtenue après l'une quelconque des étapes (ai) , (bi) , (a2) , (b2) , (a3) et (b3) du procédé,
- éventuellement, dans un second compartiment, au moins un élément nécessaire pour élaborer le groupement -N2 + à partir de son précurseur -NH2 (par exemple, une solution de NaN02 dans un milieu aqueux acide, ou une solution de NOBF4, en milieu organique) et/ou au moins un élément nécessaire pour élaborer une espèce radicalaire et/ou ionique à partir du groupement -N2 + tel qu'un amorceur chimique,
éventuellement, dans un troisième compartiment, au moins un élément nécessaire pour élaborer un groupement photoactivable à partir de son précurseur,
éventuellement, dans un quatrième compartiment, une molécule d'intérêt telle que définie à la revendication 3 ou un objet d'intérêt tel que défini à la revendication 4 à immobiliser.
La présente invention concerne également l'utilisation d'un support solide dont la surface présente au moins une zone susceptible d'être obtenue après l'une quelconque des étapes (ai), (bi) , (a2) , (b2) , (a3) et (b3) du procédé pour immobiliser sur ce dernier une molécule d' intérêt telle que précédemment définie ou un objet d'intérêt tel que précédemment défini. Ainsi, la présente invention concerne l'utilisation d'un support solide dont la surface présente au moins une zone susceptible d'être obtenue après l'une quelconque des étapes (ai), (bi) , (a2) , (b2) , (a3) et (b3) du procédé pour immobiliser sur ce dernier un nanotube de carbone, simple paroi ou multi parois, un feuillet de graphène ou un nanofil de silicium.
Plus particulièrement, la présente invention concerne l'utilisation d'un procédé tel que précédemment décrit ou d'un support solide dont la surface présente au moins une zone susceptible d'être obtenue après l'une quelconque des étapes (ai), (bi) , (a2) , (b2) , (a3) et (b3) du procédé pour exfolier des feuillets de graphène.
De plus, la présente invention concerne l'utilisation d'un procédé tel que précédemment décrit ou d'un support solide dont la surface présente au moins une zone susceptible d'être obtenue après l'une quelconque des étapes (ai) , (bi) , (a2) , (b2) , (a3) et (b3) du procédé pour métalliser la zone de ladite surface. En effet, dans le cas où l'objet d'intérêt mis en œuvre est un nano-objet (NB) et notamment une nanoparticule (NP) , il est possible d'employer une solution comportant un ou plusieurs sels métalliques susceptibles d'être réduits par le NB immobilisé sur la surface suite à la mise en œuvre du procédé selon l'invention. En général, le support sur lequel est immobilisé le NB sera directement plongé dans une solution comportant un ou plusieurs sels métalliques susceptibles d'être réduits par le NB .
D'autres méthodes de métallisation connues de l'homme du métier peuvent être mises en œuvre en utilisant un procédé tel que précédemment décrit ou un support solide dont la surface présente au moins une zone susceptible d'être obtenue après l'une quelconque des étapes (ai) , (bi) , (a2) , (b2) , (a3) et (b3) du procédé de l'invention.
La présente invention trouve également une application dans le domaine du traitement des surfaces. En effet, elle peut être mise en œuvre pour traiter, de façon durable, un matériau et notamment pour modifier les propriétés telles que l'énergie de surface également appelée « tension de surface », « tension superficielle », « énergie d' interface » ou « tension interfaciale » d'au moins une de ses surfaces et ainsi pour modifier la mouillabilité de cette surface. L'invention permet notamment de modifier les propriétés d'interface entre ledit matériau et un liquide.
Par « modifier l'énergie de surface », on entend dans le cadre de la présente invention aussi bien augmenter que diminuer l'énergie de surface notamment par rapport à un liquide donné qu'il soit hydrophile ou hydrophobe . Le procédé selon la présente invention permet de modifier (i.e. augmenter ou diminuer) l'angle de contact d'un liquide disposé sur la surface ainsi traitée par rapport à l'angle de contact du même liquide disposé sur ladite surface non traitée. Avantageusement, le procédé selon la présente invention est un procédé qui permet de modifier (i.e. augmenter ou diminuer) la mouillabilité de ladite surface.
Les molécules hydrophobes sont typiquement insolubles dans les solvants protiques et particulièrement dans l'eau. La solubilité de ces molécules est finie et elles peuvent former des phases non miscibles avec les solvants protiques tels que l'eau. Elles comprennent généralement au moins un groupe chimique qui est qualifié d' hydrophobe . Le groupement hydrophobe participe à la modification de l'énergie de surface. Le groupement hydrophobe est choisi, de façon avantageuse, dans le groupe constitué par
- un alkyle, linéaire, ramifié ou cyclique, en
C3 à C50, notamment en C6 à C30 et, en particulier, en C10 à C20 pouvant comporter éventuellement au moins une insaturation (double ou triple liaison) , au moins un hétéroatome et/ou au moins une substitution,
- un aryle en C3 à C50, notamment en C6 à C30 et, en particulier, en C10 à C20 pouvant comporter éventuellement au moins une substitution, cette substitution peut être un alkyle linéaire, branché ou cyclique en C3 à C50, notamment en C6 à C30 et, en particulier, en C10 à C20 qui peut éventuellement comprendre au moins une insaturation (double ou triple liaison) et/ou au moins un hétéroatome, et
- un (poly) cycle en C6 à C50, notamment en C6 à C30 et, en particulier, en C10 à C20 pouvant comporter éventuellement au moins une insaturation (double ou triple liaison), au moins un hétéroatome et/ou au moins une substitution.
Ladite substitution est avantageusement une substitution par un alkyle en Cl à C6 et/ou par un (ou plusieurs) halogène (s) et notamment par un (ou plusieurs) fluor (s).
Une molécule d' intérêt utilisable pour cette application est notamment un tensioactif et, en particulier, un tensioactif fluoré tel que ceux contenus dans les compositions commercialisés par DuPont sous la marque Zonyl.
La présente invention concerne donc un procédé pour modifier l'énergie de surface d'au moins une surface d'un solide consistant à fonctionnaliser ladite surface avec une molécule hydrophobe telle que précédemment définie et ce, selon un procédé de fonctionnalisation tel que précédemment défini.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous donnés à titre illustratif et non limitatif.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Les exemples qui suivent ont été réalisés, sauf mention contraire, dans des conditions normales de température et de pression (environ 25°C sous environ 1 atm) à l'air ambiant. Sauf mention contraire, les réactifs employés ont été directement obtenus dans le commerce sans purification supplémentaire. I . Protocole de greffage électrochimique de azido aniline, immobilisation protéine A ou G, reconnaissance auto-immune anticorps /antigènes par SPRi.
1.1. Préparation du tétrafluoroborate d' azido phényl diazonium.
Une solution de 10~3 M d' hydrochlorure de 4- azidoaniline [CAS 91159-79-4] dans HBF4 [CAS 16872-11- 0] typiquement à 50% dans l'eau est préparée.
Un ajout stœchiométrique de a 02 à température ambiante fait précipiter le sel de diazonium. Celui est filtré puis recristallisé dans l'éther à froid. Le composé est stocké à froid et à l'abri de la lumière. 1.2. Dépôt électrochimique de la couche de polyazidophénylène .
Une solution de tétrafluoroborate d' azido phényl diazonium 5.10-2 M et de perchlorate de tétraéthylammonium 5.10-2 M dans 1 ' acétonitrile est préparée idéalement en boîte à gants.
Une voltamétrie cyclique de un ou plusieurs cycle (s) de balayage entre le potentiel d'équilibre défini par une électrode de référence Ag+/Ag et -1 V permet de déposer un film de polyazidophénylène sur une lame de verre dorée. La vitesse de balayage est idéalement de 20 mV.s-1. Le premier cycle permet d' observer la réduction électrochimique du sel de diazonium. Un second balayage permet de vérifier que la couche est construite par l'absence presque totale de passage de courant. La contre-électrode est typiquement en graphite. Après rinçage de la lame échantillon à l'acétone et séchage naturel, une analyse IR est faite qui permet de vérifier la présence de la vibration à 2130 cm-1 qui témoigne de la présence des fonctions azides dans le dépôt. L'épaisseur du dépôt est typiquement de quelques nanomètres. Le film de polyazidophénylène est relativement stable et peut être simplement et idéalement stocké à l'abri de la lumière. 1.3. Immobilisation de la protéine A ou G.
La protéine A ou G sert à immobiliser et à orienter de façon préférentielle les anticorps. La protéine A ou G est mise en solution d'eau déionisée à la concentration de 1 mg/mL.
Une quantité de 30 μΐ de cette solution est déposée à la micropipette sur une lame de polyazidophénylène puis cette gouttelette de solution est aplatie sur la lame par une lamelle de verre de type microscopie. Un séchage de l'eau est opéré sous vide primaire. La lamelle de verre est retirée. Idéalement une couche mince de protéine G est formée. La lame est alors exposée 30 min à une lampe UV à 254 nm.
Les zones non revêtues de polyazidophénylène ne retiennent pas la protéine A ou G après rinçage prolongé dans l'eau déionisée.
1.4. Immobilisation des anticorps.
Quatre anticorps ont été sélectionnés : l'anti- ovalbumine, l' anti-streptavidine, 1 ' anti-lectine et une immunoglobuline g de souris qui servira d'anticorps témoin .
Les anticorps sont déposés sur la lame de polyazidophénylène ayant greffé de la protéine A ou G par un spotter selon une grille définie de 36 plots (9 plots par anticorps) . Les plots font 500 ym et sont espacés de 800 ym. Les plots sont laissés une nuit à incuber dans une atmosphère humide réalisée dans une boîte de pétri.
1.5. Détection des antigènes par SPRi. Une lame incubée avec les anticorps est placée dans le dispositif SPRi. Les 3 antigènes sont l'ovalbumine (ova) , la lectine (lec) , et la streptavidine (strep) correspondants respectivement à 1 ' anti-ovalbumine (antiova) , 1 ' anti-lectine (antilec) et 1 ' anti-streptavidine (antistrep) .
Dans la boucle d'injection on injecte successivement 200 μΐ des antigènes ovalbumine, streptavidine et lectine. A chaque injection d'antigènes, les plots des anticorps correspondant sont analysés et uniquement la variation de réflectivité est enregistrée. L'enregistrement correspondant à chaque antigène est obtenu sur la moyenne des neufs plots.
On peut également observer la formation du complexe antigène/anticorps en regardant l'image de la puce enregistrée sur la caméra CCD. Les plots où l'antigène a été capté deviennent plus clairs voire même blancs. Cela correspond à une prise de masse des zones concernées. I.6. Régénération des spots d' anticorps.
La régénération qui a pour objectif de dissocier les complexes immuns sans pour autant détacher l'anticorps de la protéine est réalisée avec l'injection de 100 yL d'une solution de régénération typiquement composée d'un mélange glycine/HCl à 0,1 M. La première régénération conduit à une perte de matière liée à des anticorps insuffisamment accrochés à la couche de protéine A ou G. Les cycles d'injection/régénération suivants conduisent à des résultats stables montrant le bon accrochage de la sous-couche de protéine A ou G. Sur la couche de polyphénylène formée et du fait de leur activité, les structures 3D de la protéine A ou G ont été préservées. Ceci se traduit par le fait de la « bonne attache » des anticorps sur ces couches de protéines A ou G.
Les exemples de réalisation suivants varient de l'exemple I uniquement sur l'étape de fabrication de la couche de polyazidophénylène .
II . Protocole de greffage chimique d'une couche de polyazidophénylène.
Des lames de verre recouvertes d'une couche Cr/Au ont été plongées durant 40 min dans un mélange comportant 2 ml d'une solution aqueuse d' hydrochlorure de 4-azidoaniline (5.10-3 M dans HC1 0,5 M), 2 ml de solution aqueuse de a 02 (5.10-3 M) et 80 mg de limaille de fer. La réaction est idéalement réalisée à température ambiante afin d'éviter la dégradation thermique des fonctions azotures. Les films obtenus ont typiquement des épaisseurs de quelques nanomètres. Un spectre infrarouge (IR) de l'échantillon analysé après 40 min de réaction permet de montrer la présence de la vibration à 2130 cm-1 correspondant aux fonctions azotures .
A cette étape, la suite du mode de réalisation reprend celui présenté au point 1.3 et suivants. III. Protocole de greffage d'une couche de polyazidophénylène via le greffage chimique ou 1' électrogreffage d'une couche de polydiazophénylène .
III.1. Formation de la couche de polyaminophénylène .
A. Par greffage chimique à partir de 1,4- phenylènediamine .
Des lames de verre recouvertes d'une couche
Cr/Au ont été plongées durant 40 min dans un mélange comportant 2 ml d'une solution aqueuse de 1,4- phenylènediamine (NH2-Ph-NH2 ; 5.10"3 M dans HC1 0,5 M),
2 ml de solution aqueuse de NaN02 (5.10-3 M) et 80 mg de limaille de fer .
B . Par électrogreffage à partir de 1,4- phenylènediamine .
La réaction a été réalisée dans une cellule électrochimique contenant 10 ml d'une solution électrochimique correspondant à une solution aqueuse de 1 , 4-phenylènediamine (10~2 M, 1,4 eq.) et de NaN02 (5.10-3 M, 0,5 eq.) dans HC1 0,5 M. Le dépôt des films a été fait de façon potentiostatique (le potentiel choisi se situant dans la barrière d' électroactivité du sel de diazonium) ou de façon potentiodynamique (voltamétrie cyclique) avec une vitesse de balayage de 20 mV.s-1.
Dans les protocles des points III.1. A et III. l.B, la mise en contact de la 1 , 4-phenylènediamine en présence de a 02 dans les quantités décrites permet de diazotiser un équivalent des groupements -NH2 créant de fait le composé N¾-Ph-N2+ qui présente 1 ' orthogonalité mise en œuvre dans le cadre de la présente invention. III.2. Formation de la couche de polydiazophenylène .
Les couches obtenues en III.1 sont plongées dans une solution de HC1 (0,1 N) et NaN2 (5.10-3 mol) pendant 2 min pour donner une couche de polydiazophenylène.
III.3. Formation du polyazidophénylène . Une fois obtenue la couche de polydiazophénylène obtenue en III.2, la conversion de cette dernière en couche de polyazidophénylène peut être faite par une simple immersion de plusieurs heures dans une solution de a 3 typiquement 10~2 M dans la DMF. Un rinçage DMF puis acétone permet typiquement de sécher la surface.
La couche ainsi obtenue peut être soumise à un traitement tel que présenté au point 1.3 et suivants. IV. Protocole de greffage d'une couche de polyazidophénylène via le greffage chimique ou 1' électrogreffage d'une couche de polyhalogénobenzyle .
Cet exemple de réalisation permet de réaliser une couche porteuse de fonctions halogénobenzyle (Phy- C¾-X) , X pouvant être idéalement du brome ou de 1 ' iode .
La fabrication du sel de diazonium qui porte la fonction C¾-X est réalisée de la façon suivante. La molécule commerciale 4- (hydroxyméthyl) aniline est mise en contact avec le bromure de tétrabutylammonium pour préparer, idéalement selon la procédure de l'article de S. Mahouche, Surface Science, 603, 3205-3211, 2009, la molécule suivante : BF4 ~N2 +-Phy-CH2-Br .
La procédure de greffage de ce sel de diazonium est à nouveau chimique ou électrochimique selon les protocoles présentés au point III.1 ci-dessus. La couche finale porte des fonctions halogénobenzyl .
Une fois obtenue la couche de polyhalogénobenzyle, la conversion de cette dernière peut être faite par une simple immersion de plusieurs heures dans une solution de a 3 typiquement 10~2 M dans la DMF. Un rinçage DMF puis acétone permet typiquement de sécher la surface.
La couche ainsi obtenue peut être soumise à un traitement tel que présenté au point 1.3 et suivants.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé pour fonctionnaliser au moins une zone d'une surface avec au moins une molécule ou un objet d'intérêt, comprenant les étapes successives consistant à :
1) faire réagir, sur ladite zone, au moins un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui- ci ;
ii) faire réagir la zone obtenue à l'étape (i) avec ladite molécule ou ledit objet d'intérêt ;
l'étape (i) impliquant un greffage chimique ou un électrogreffage et l'étape (ii) un photogreffage, ou l'étape (i) impliquant un photogreffage et l'étape (ii) un greffage chimique,
le groupement diazonium du sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable étant mis en œuvre lors de l'étape de greffage chimique ou d' électrogreffage et le groupement photoactivable étant photoactivé lors de l'étape de photogreffage .
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface est constituée d'un matériau choisi dans le groupe constitué par les métaux, les alliages métalliques, le bois, le papier, le coton, le feutre de carbone, le silicium et les matériaux organiques tels que les polymères organiques, les polymères fluorés ou non fluorés et le diamant. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite molécule d' intérêt est choisie parmi les molécules organiques comportant des bases organiques faibles, les macromolécules organiques, les molécules biologiques, les polymères et les molécules hydrophobes.
4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit objet d'intérêt est un nano-objet choisi parmi un feuillet, un nanofil, une nanoparticule, un nanotube et un agrégat .
5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit groupement photoactivable est choisi parmi un groupement thiol, un groupement -C (0) -Ri avec Ri représentant un groupement aryle, un groupement azoture (-N3) , un groupement arylazide -R2-N3 avec R2 représentant un groupement aryle ou un groupement diazirine -C( 2) -R3 avec R3 représentant un groupement alkyle .
6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit groupement photoactivable est choisi parmi -SH, -N3 ou -C (0) -C6H5.
7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes successives consistant à : ai) mettre en contact la zone de la surface à fonctionnaliser avec au moins un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci dans des conditions non électrochimiques permettant de greffer sur ladite zone, par greffage chimique, au moins une molécule présentant au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci ;
bi) éventuellement transformer ledit au moins précurseur présent sur la molécule greffée suite à l'étape (ai) en groupement photoactivable ;
Ci) photoactiver la molécule greffée obtenue suite à l'étape (ai) ou éventuellement suite à l'étape (bi) , en présence de ladite molécule ou dudit objet d'intérêt moyennant quoi ladite molécule greffée forme une liaison avec ladite molécule ou ledit objet d' intérêt .
8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes successives consistant à :
a2) mettre en contact la zone de la surface à fonctionnaliser avec au moins un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci sous un rayonnement lumineux permettant de greffer sur ladite zone, par photogreffage, au moins une molécule présentant au moins un groupement - 2+ ou un précurseur de celui-ci ;
b2) éventuellement transformer ledit au moins un précurseur présent sur la molécule greffée suite à l'étape (a2) en groupement -N2 + ; c2) soumettre à des conditions non électrochimiques la molécule aromatique greffée obtenue suite à l'étape (a2) ou éventuellement suite à l'étape (b2) , en présence de ladite molécule ou dudit objet d'intérêt moyennant quoi ladite molécule greffée forme une liaison avec ladite molécule ou ledit objet d' intérêt .
9) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes successives consistant à :
a3) mettre en contact la zone de la surface à fonctionnaliser avec au moins un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci dans des conditions permettant de greffer sur ladite zone, par électrogreffage, au moins une molécule présentant au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci ;
b3) éventuellement transformer ledit au moins précurseur présent sur la molécule greffée suite à l'étape (a3) en groupement photoactivable ;
C3) photoactiver la molécule greffée obtenue suite à l'étape (a3) ou éventuellement suite à l'étape (b3) , en présence de ladite molécule ou dudit objet d' intérêt moyennant quoi ladite molécule greffée forme une liaison avec ladite molécule ou ledit objet d' intérêt . 10) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape additionnelle de structuration de la zone de la surface mise en œuvre consistant à modifier la zone ou la surface et, plus particulièrement, à diminuer la taille de cette zone ou de cette surface et/ou à diminuer le nombre d'entités radicalaires et/ou ioniques sur cette zone ou cette surface .
11) Utilisation d'un sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci pour fonctionnaliser, par greffage chimique ou électrogreffage et par photogreffage, au moins une zone d'une surface avec au moins une molécule ou un objet d'intérêt.
12) Utilisation selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit sel d' aryle diazonium substitué par au moins un groupement photoactivable ou un précurseur de celui-ci est choisi parmi Ν3-ΟδΗ4-Ν2 +, A" ; 3-C6H4- H2 ; C6H5-C (0) -C6H4-N2 +, A" ; C6H5-C (0) -C6H4- NH2 ; I- (CH2)m-C6H4-N2+, A" ; I- (CH2) m-C6H4-NH2 ; Br-(CH2)m- C6H4-N2 +, A" ; Br- (CH2)m-C6H4-NH2 ; +H3N-C6H4-N2 +, A" ; +H3N- C6H4-NH2 ; H2N-C6H4-NH2 ; HS-C6H4-N2 +, A" ; et HS-C6H4-NH2, N3- (CH2)m-C6H4-N2 +, A" ; N3- (CH2) m-C6H4-NH2 ; C6H5-C (0) - (CH2)m-C6H4-N2 +, A" ; C6H5-C (0) - (CH2) m-C6H4-NH2 ; +H3N- (CH2)m-C6H4-N2 +, A" ; +H3N- (CH2) m-C6H4-NH2 ; H2N- (CH2) m-C6H4- NH2 ; HS- (CH2)m-C6H4-N2 +, A" ; et HS- (CH2) m-C6H4-NH2, avec A~ représentant un anion monovalent et m choisi entre 1, 2, 3 et 4. 13) Utilisation d'un procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour préparer une biopuce ou un biocapteur.
14) Utilisation d'un procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour exfolier des feuillets de graphène .
15) Procédé pour modifier l'énergie de surface d'au moins une surface d'un solide consistant à fonctionnaliser ladite surface avec une molécule hydrophobe selon un procédé de fonctionnalisation tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 5 à 10.
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