Surveillance des pesticides dans l'air à l'aide de capteurs à cristaux liquides – OPAL

Dans le projet OPAL, différentes interfaces (substrat modifié-CL, eau-agent stabilisant-CL) adaptées pour avoir une transition d'ancrage du CL en présence de différents pesticides sont développées. Des calculs DFT sont utilisés pour prédire cette transition d’ancrage lors de l’exposition au pesticide en comparant les énergies d’interaction entre les différents composés. Ces couches sensibles sont intégrées avec un substrat, une grille de stabilisation du CL et une membrane pour fournir des transducteurs CL. Le changement d'orientation entre la phase nématique et la phase désordonnée après la transition d'ancrage lorsque le transducteur est exposé à un pesticide est suivi par mesure de biréfringence.

Pour apporter de la sélectivité, des transducteurs avec différentes couches d'ancrage seront associés pour former un réseau dont la réponse globale sera une signature caractéristique d'un pesticide. De plus, une carte électronique sera développée pour le suivi et le traitement du signal.

Les performances des capteurs seront évaluées dans différentes atmosphères (air frais, aérosol de pesticide seul, aérosol de pesticide combiné à des interférents tels que des COV courant dans l’air) tout au long du projet grâce à une chambre d’exposition aux aérosols de pesticides qui est en cours de développement. Pour valider la réponse du capteur, des méthodes analytiques classiques (échantillonnage et chromatographie) seront utilisées.

Depuis le début du projet, des substrats de verre ont été fonctionnalisés avec des fonctions amines à partir d’organosilanes et de polymères. Les travaux se sont concentrés sur l’utilisation de polyéthylène imine ramifié, PEI. Afin de contrôler la complexation entre le PEI et les ions Cu(II) des films à la surface du substrat il a été privilégié de préparer au préalable une solution de PEI et de Cu(II) où le rapport, R, R = n(N)/n(Cu) et le pourcentage massique de polymère sont définis. Une étude complémentaire par spectrophotométrie UV-visible de la complexation en solution entre les ions Cu(II) et le PEI a permis d’estimer, en accord avec des travaux reportés dans la littérature, qu’un seul type de complexe est formé [CuN4]. Lorsque du glyphosate a été ajouté à ces solutions, de nouveaux complexes Cu-Gly ont été formés au détriment des complexes Cu-PEI. Ces résultats ont ainsi permis de s’assurer que la glyphosate interagit plus fortement avec le Cu(II) que le PEI et de valider l’hypothèse que la compétition entre le PEI et le glyphosate pour complexer le Cu(II), permettra de modifier les conditions d’ancrage du cristal liquide. Après spin coating de ces solutions, des films homogènes de 50 à 100 nm d’épaisseur où R varie de 1 à 8 ont été préparés. Les clichés de microscopie électronique à balayage montrent des films homogènes. L’orientation homéotrope du cristal liquide sur ces substrats en utilisant des grilles métalliques (Cu, Ni) a ensuite été validée. Les premiers résultats indiquent que le cuivre est correctement ancré sur le substrat via les PEI. La commutation optique du transducteur a été observée avec un émulant gaz, le méthylphosphonate de diméthyl. Par ailleurs, la diffusion du glyphosate à travers différentes familles de membranes a été validée (cationiques, anioniques, neutres). La non-interférence de certaines membranes avec la transduction optique a été validée indépendamment du transducteur.

Les derniers résultats semblent indiquer que le glyphosate ne se dissout pas dans le cristal liquide et qu’il est donc préférable d’orienter les travaux vers un transducteur où le glyphosate diffuse à travers une phase en contact avec le cristal liquide pour provoquer le changement d’orientation du cristal liquide en modifiant l’interface du cristal liquide depuis cette phase.