Structures polymères à base de microleviers en mode statique pour l’analyse environnementale – PODCAST

1. Fabrication de MEMS organiques: choix des matériaux organiques et élaboration de microstructures organiques par impression des matériaux
2. Caractérisation des matériaux et structures: caractérisation mécanique, électrique et électromécanique des matériaux et étude du comportement des microstructures réalisées
3. Capteur chimique dédié à l'analyse environnementale: évaluation des performances du MEMS organique intégré comme nouvelle génération de capteur chimique pour l'analyse environnementale, en phase gazeuse et liquide.

- Validation de l'effet de champ, observé sur OFET fabriqué sur substrat souple, flexible (PEN)
- Validation de la troisième génération de pochoirs flexibles réalisés sur grande surface (4 pouces) par l'intermédiaire d'un polymère silicone photoréticulable

- Elaboration de microleviers organiques à module d'Young contrôlé et étude des propriétés mécaniques résultantes
- Fabrication de microleviers bi-couches dans une approche tout organique, composés d'une couche support à élasticité contrôlée et une couche en polymère à empreinte moléculaire (MIPs) comme couche sensible.
- Diminution de la taille d'OFET pour son intégration sur MEMS organique.
- Optimisation de l'effet de gonflement de MIPs suite à la reconnaissance de l'analyte.
- Détermination du cahier des charges pour une passivation efficace du transducteur électromécanique

- un résumé est soumis à la conférence MicroTAS.
- un résumé sera soumis à une conférence en lien avec les matériaux organiques et l'électronique organique.

PODCAST vise à développer une nouvelle génération de microsystèmes électromécaniques (MEMS) bas-coût par l’intégration de différents matériaux organiques assurant des fonctions spécifiques. Grâce aux formidables propriétés de ces matériaux, nous élaborerons et fabriquerons un capteur chimique ultrasensible tout organique, capable de détecter des traces d’analytes dans des milieux gazeux et liquides. Les champs d’applications vont du biomédical à l’analyse environnementale, en passant par l’agroalimentaire. Pour cela, trois briques élémentaires ont été identifiées pour cette nouvelle génération de capteur MEMS utilisé en mode statique. Tout d’abord, une couche support (élément 1) élaborée sous la forme d’un levier suspendu à partir de polymères à faible module d’Young (1-50GPa), permettra d’obtenir des déflexions exacerbées lors de la détection d’analytes par une couche sensible organique (élément 2). Un point-clé concerne l’exploitation d’une propriété inhabituelle des couches sensibles par des effets de gonflement/rétrécissement comme signature de la reconnaissance. Pour maintenir l’aspect bas-coût de la structure, la transduction intégrée est primordiale. Ainsi, un transducteur mécano-électrique innovant (élément 3) sera intégré grâce à un transistor à effet de champ organique (OFET) avec une couche piézoélectrique organique déportée assurant un rôle de jauge de contrainte.

Il y a de nombreux avantages dans le développement de MEMS organiques, tant au niveau fondamental qu’applicatif. Tout d’abord, ces structures sont applicables en tant que capteurs à usage unique, permettant des analyses fines sur site, à bas coût. Ensuite, le mode statique est choisi pour sa facilité d’utilisation, une faible consommation énergétique, en sus d’une bonne compatibilité avec les champs d’application visés. En effet, ce sont souvent des milieux visqueux, ce qui peut avoir des conséquences néfastes sur la sensibilité lors de l’utilisation de MEMS en mode dynamique. Enfin, les matériaux organiques synthétiques sont connus pour leur stabilité, facilitant ainsi la portabilité des structures, un critère de qualité supplémentaire pour l’application du capteur proposé.

Après avoir choisi les matériaux pour les trois briques élémentaires, nous développerons des méthodes d’impression dédiées à la microstructuration de matériaux organiques, en lien étroit avec l’Equipex ELORPrintTec de l’Université de Bordeaux. Puis, les propriétés électriques et mécaniques de ces polymères seront caractérisées en introduisant des méthodes alternatives dédiées afin d’améliorer la connaissance de ces matériaux et nourrir la base de données consacrée au domaine des microsystèmes organiques. Cela permettra d’obtenir des matériaux aux propriétés uniques pour notre application et facilitera la réalisation de la structure organique globale avec les conditions requises. A ce propos, en organique, un tel niveau d’intégration combiné à des performances élevées n’a jamais été atteint dans la littérature. Le microcapteur organique réalisé sera utilisé pour la reconnaissance ultrasensible d’analytes, avec une limite de détection visée de l’ordre du femtomolaire. Même si le champ d’application est large, nous nous focaliserons sur des analytes représentatifs de l’analyse environnementale pour la démonstration des performances du capteur, en vue d’élaborer, à plus long terme, un «nez organique».

PODCAST représente une nouvelle activité du laboratoire IMS suite au recrutement en 2009 du coordinateur du projet en tant que chargé de recherche CNRS. Ce projet étant au cœur de son activité de recherche, le jeune coordinateur assurera la convergence des compétences présentes au laboratoire pour réaliser avec succès les objectifs ambitieux du projet PODCAST. Enfin, au-delà des résultats scientifiques du projet, l’objectif est de démontrer que les MEMS organiques peuvent être considérés comme un domaine de recherche propre, avec un succès comparable aux MEMS silicium il y a plusieurs années.