Commutateurs moléculaires photoactifs et chemo-sensibles pour l'électronique supramoléculaire – FORESEE

Des foldamères, oligomères linéaires se repliant en architectures moléculaires prédéfinies et stables, possédant des unités spécifiques pour la reconnaissance de substrats ou photocommutables sont synthétisé. Les caractéristiques structurales de ces composés sont ensuite étudié par des méthodes de caractérisation classiques comme la RMN et la diffraction des rayons X. Les propriétés de reconnaissance moléculaire ainsi que leur réponse structurale a des stimuli extérieurs sont testés. Les molécules les plus prometteuses sont ensuite modifiées pour être greffées sur des surfaces d'or puis les propriétés de conduction de courant électrique sont mesurées.

A l'heure actuelle nous avons réalisé des monocouches de foldamères capables de reconnaitre des acides forts et qui par protonation du squelette de l'oligomère provoque une modification des propriétés conductrices de ces surfaces. Cette réponse est toutefois faible et il est nécessaire maintenant de concevoir des oligomères plus sensibles. Dans une deuxième approche nous avons développé des oligomères possédant des unités photosensibles et nous testons actuellement l'influence de l'irradiation lumineuse sur l'architecture de ces composés.

Ces composés photosensibles seront ensuite déposés sur des surfaces d'or afin de déterminer l'influence des modifications induites par l'irradiation sur les capacités conductrices des monocouches formées.

Un article est actuellement en cours de rédaction sur l'influence de l'encapsulation d'un acide fort sur la conductivité des monocouches formées par des foldamères.

Chez les organismes vivants, les sens tels que la vue, le toucher, le goût ou l’audition commencent par des évènements moléculaires qui sont ensuite transformés et relayés par des processus de transfert de charges -i.e. la propagation du potentiel membranaire dans les neurones permettant à l’information d’être intégrée et traitée par le cerveau. En s’inspirant de ces processus moléculaires de détection et de propagation de l’information, ce projet vise à coupler le transport d’électrons et des capteurs moléculaires, avec l’objectif, à long terme, d’intégrer ces nouveaux détecteurs moléculaires dans des composants électroniques plus complexes. Nous étudierons plus spécifiquement comment actionner ou interrompre le transport de charges au sein d’architectures moléculaires artificielles repliées -des foldamères d’oligoamides aromatiques- par reconnaissance d’un substrat ou par la lumière.
L’électronique moléculaire, de par les perspectives de miniaturisation et d’économie des ressources qu’offrent l’utilisation d’une molécule unique comme composant, a suscité beaucoup d’intérêt ces dernières années. En effet, la molécule peut être considérée comme la plus petite brique possible pour la construction de circuits électroniques. Parmi ces composants, l’interrupteur moléculaire permettant une transition entre forte et basse conductivité est un élément clé de ces systèmes. Cette approche moléculaire se heurte toutefois à des verrous techniques quant à l’emploi de molécules uniques et ne peut pour le moment être raisonnablement envisagée pour la production commerciale de composants. Une alternative proposée repose sur la fabrication et l’utilisation de monocouches auto-assemblées de ces commutateurs moléculaires, ainsi que sur la microscopie à force atomique pour leur caractérisation et leur emploi. Cette technique nécessite toutefois d’avoir des monocouches régulières et stables, or la plupart des monocouches se composent de longues chaînes aliphatiques considérées comme isolantes ou de substrats spécifiques difficilement modifiables au risque de perdre leurs propriétés d’auto-assemblage.
Pour ce projet, nous proposons l’utilisation de foldamères compacts et hélicoïdaux, développé par le partenaire 1, comme échafaudages moléculaires formant des monocouches stables sur des surfaces. Les propriétés intrinsèques de ces composés pourront être modulées par modification de leur séquence oligomérique sans générer de perturbations importantes de leur aspect extérieur et donc des monocouches formées. Lors d’études précédentes, ces oligoamides aromatiques ont montré leur capacité à former des monocouches auto-assemblées par greffage sur surface d’or, ainsi qu’une conductivité présentant une faible atténuation avec la longueur (mesurée par AFM). De plus, ces composés possèdent d’intéressantes propriétés de reconnaissance moléculaire. En effet, il est possible de concevoir des capsules moléculaires hélicoïdales possédant une cavité présentant une forte affinité pour des substrats spécifiques. Il est attendu que cette reconnaissance, lorsqu’elle est accompagnée d’interactions fortes hôte/invité, modifie les propriétés de conduction de l’oligomère et se traduise ainsi par une variation du signal électrique, créant de cette façon un capteur chimique spécifique pour un substrat donné. Une autre approche permettant la modulation de leur conductivité sera d’introduire dans le squelette de l’oligomère des unités photochromiques capables, par irradiation, de modifier les propriétés électroniques de ces composés. Des systèmes photocommutables offrent l’avantage d’être la plupart du temps réversibles et de n’être dirigés que par la lumière, permettant donc une utilisation aisée.
Ce projet conduira au développement de systèmes moléculaires capables de traduire un signal chimique ou lumineux en signal électrique de façon analogue à un nez ou un œil artificiels.