Multicouches de polymères numériques pour le stockage de données – Digital-LbL

L'objectif principal du projet Digital-LbL sera d’étudier une approche simple pour organiser spatialement de la matière codée synthétique ; un sujet important qui n’a quasiment été étudié à ce jour. Pour ce faire, des films multicouches contenant des strates successives de polymères numériques seront préparés et caractérisés. En particulier, des poly(phosphodiester)s codés seront synthétisés et utilisés comme polyanions pour la fabrication de multicouches de polyélectrolytes.

Jean-François Lutz sera le coordinateur du projet et sera en charge de la conception et de la synthèse des polymères numériques. Les poly(phosphodiester)s codés seront synthétisés par chimie de phosphoramidite automatisée en phase solide. Dans ce projet, différents « alphabets » de monomères seront conçus et testés pour la synthèse des polymères numériques. En particulier, des alphabets augmentés (contenant par exemple quatre monomères codés), permettant d’écrire une grande quantité d’information binaire sur des séquences assez courtes, seront développés. Chaque poly(phosphodiester) contiendra au minimum 10 octets d'information numérique. Ainsi, l'utilisation de bibliothèques de polyanions devrait permettre de construire des films, structurés en 3D, contenant entre 100 et 1000 octets de données.

Pour fabriquer les matériaux multicouches, les polyanions numériques seront alternés avec des polycations non-codés utilisés comme « ciment » intermédiaire. La construction des multicouches sera étudiée par l’équipe de Gero Decher, qui est le pionnier de cette technologie. Différents polycations commerciaux tels que le poly(hydrochlorure d’allylamine) et le poly(chlorure de diallyldiméthyl-ammonium) seront testés dans ce projet. Afin d’éviter la migration d’une strate codée vers une couche supérieure ou inférieure, il sera important de sélectionner des polyélectrolytes adéquats et d’éviter une croissance exponentielle des couches. De plus, la distance entre deux strates codées pourra être ajustée à l’aide de couches intermédiaires non codées, par exemple en utilisant le polystyrène sulfonate de sodium comme polyanion intermédiaire. Des résultats préliminaires obtenus et publiés fin 2018 ont confirmé que les objectifs de ce projet sont réalistes.

Les films multicouches formés seront caractérisés par différentes techniques telles que l’éllipsométrie, la microbalance à quartz ou la microscopie à force atomique. En particulier, la morphologie des films sera examinée afin d’identifier de possibles défauts et de vérifier que les couches codées sont parfaitement isolées les unes des autres. De plus, la méthode de désorption par electrospray sera étudiée pour séquencer successivement les différentes couches codées par spectrométrie de masse. Cette partie du projet est particulièrement risquée mais sera étudiée par Laurence Charles qui est une experte du séquençage des polymères codés. Grâce à l’analyse de films modèles (contenant une ou deux couches codées seulement), des conditions optimales (par exemple la distance optimale entre les couches codées) seront identifiées pour effectuer un séquençage séquentiel en profondeur.