Emission Induite par Agrégation à l'échelle de la particule unique : caractérisation et nanofabrication dans des puces microfluidiques – SIPAIE

Comme indiqué dans le plan d'action de l'ANR 2017 concernant le Défi 3 "Stimuler le renouveau industriel", Orientation 14 "Conception de nouveaux matériaux" : "L’industrie du futur reposera pour partie sur des matériaux multi-fonctionnels et sur des systèmes de mesure et de détection intégrés. Ceux-ci seront d’autant plus performants que l’intégration de leurs fonctions à différentes échelles (micro-macro) et de leur assemblage sera pensée dès l’échelle nanométrique". Le projet SIPAIE correspond parfaitement à ces recommandations avec en particulier l'ambition d'aider à la meilleure compréhension des mécanismes gouvernant les processus d'auto-assemblages à l'échelle nanométrique.

 L'Émission Induite par Agrégation (AIE), qui a été découverte en 2001, est un changement de paradigme plein de promesses pour le domaine de la luminescence. Grâce à ce nouveau phénomène photo-physique, des chromogènes très peu luminescents en solution deviennent fortement émissifs lors de leur agrégation ou à l'état solide. Par conséquent, l’agrégation n'est plus une menace pour les applications reposant sur la fluorescence. Durant la dernière décennie, les mécanismes de l'AIE ont été déchiffrés et peuvent maintenant se résumer à un seul sigle : RIM pour Restriction des Mouvements Internes.

 L'AIE est un domaine de recherche extrêmement compétitifs. En étudiant la littérature sur ce sujet, on peut se rendre compte que les mécanismes régissant l'AIE sont plus ou moins arrivés à un consensus alors qu'aucune étude systématique à l'échelle de l'agrégat unique en solution n'a été effectuée. La principale hypothèse scientifique du projet SIPAIE est qu'une étude systématique de la photo-physique à l'échelle de la particule unique apportera de nouvelles informations sur les mécanismes de l'AIE, en particulier sur le processus d'agrégation. Ces informations conduiront à des matériaux AIE encore plus efficaces.
 Le projet SIPAIE a deux objectifs :
- le premier, plus fondamental, est de mieux comprendre les mécanismes photo-physiques de l'AIE en effectuant des mesures systématiques en solution au sein de puces microfluidiques et à l'échelle de l’agrégat unique,
- le second objectif, plus appliqué, est de nanofabriquer de façon reproductible et contrôlée des agrégats présentant de l'AIE.
La puce microfluidique comporte principalement des “jonctions en T” permettant le contrôle précis de la réaction d’agrégation. Un système optique de filtrage confocal permet d'analyser qu'une taille d'agrégat à la fois. L'évolution des propriétés spectroscopiques (intensité, spectre, temps de vie, polarisation) en fonction de la taille des agrégats AIE sera utilisée pour nanoassembler des matériaux AIE.

Plusieurs dérivés du distyrylfuran présentant de l'AIE ont déjà été synthétisées et seront analysées à l’échelle de l'agrégat unique en même temps que deux archétypes de l'AIE disponibles commercialement : le HPS et le TPE. Nous construirons une plateforme optofluidique de caractérisation (OFCP) automatisée et ultra-sensible qui sera d'abord testée et calibrée avec un système j'ai déjà caractérisé : la dimérisation de particules plasmoniques. L'OFCP sera utilisée pour comprendre l'influence de la température, de la concentration en molécules AIE, du ration eau/solvant AIE sur la taille et les caractéristiques spectroscopiques des agrégats AIE mais aussi les mécanismes d’agrégation à l'échelle de la particule unique. Par la suite, le même système optofluidique sera utilisé pour préparer des matériaux AIE sous forme solide ainsi que sous forme de nanoparticules (connus sous le nom d'AIE dots) construits à partir d’agrégats AIE bien calibrés. Ces échantillons seront soigneusement caractérisés (AFM, SNOM, NLO) avec la collaboration de mes coéquipiers.