Plasmonique et photopolymérisation vivante : des outils pour modifier finement des nanoparticules métalliques
Difficiles à synthétiser et modifier avec précision, les nanoparticules hybrides proposent une large palette de propriétés pour des applications allant de la biodétection à la photonique. Des chercheurs de l’IS2M (CNRS/Université Haute Alsace), du L2n (CNRS/Université de technologie de Troyes), de l’ICR (CNRS/Aix Marseille Université), du NIMBE (CNRS/CEA) et du SPEC (CNRS/CEA) ont développé une méthode efficace et précise à l’échelle nanométrique pour leur donner de nouvelles propriétés, comme les rendre hydrophobes. Pour cela, les chimistes passent par deux étapes successives de polymérisation par la lumière, rendant « vie » à des fonctions dormantes afin d’induire de nouvelles réactions à la surface.
Les nanoparticules hybrides, à la fois organiques et métalliques, trouvent des applications en photonique. Elles servent ainsi à fabriquer des composants nanométriques, capables d’interagir avec la lumière. Leurs techniques de préparation restent encore rares, complexes et peu flexibles. L’épaisseur et la répartition de la partie organique à la surface de la nanoparticule métallique sont en effet très difficilement contrôlables à l’échelle nanométrique. Des chercheurs de l’Institut de sciences des matériaux de Mulhouse (IS2M, CNRS/Université Haute Alsace), du laboratoire Lumière, nanomatériaux et nanotechnologies (L2n, CNRS/Université de technologie de Troyes), de l’Institut de chimie radicalaire (ICR, CNRS/Aix Marseille Université), du laboratoire Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l’énergie (NIMBE, CNRS/CEA) et du Service de physique de l’état condensé (SPEC, CNRS/CEA) proposent une nouvelle approche, plus pratique et ouvrant plus de possibilités, basée sur deux étapes consécutives de polymérisation par la lumière.
D’abord, une photopolymérisation assistée par plasmon permet de greffer une fine couche de 1 à 2 nm d’épaisseur de photopolymère, réactivables par la lumière, sur des parties spécifiques de la surface des nanoparticules. Ensuite, une photopolymérisation dite « vivante » prend le relais. Grâce à une irradiation lumineuse, des espèces chimiques dormantes à la surface du polymère sont réactivées et forment une seconde couche de polymère. Ce greffage peut être mené avec un large choix de monomères et n’intervient que sur les zones définies dans la première étape, ce que confirment les observations par microscopie électronique en transmission. Pour preuve de concept, les chercheurs ont ici greffé des monomères fluorés pour rendre la nanoparticule hydrophobe. Les prochaines études consisteront à conférer d’autres propriétés aux nanoparticules, en changeant de monomères.
Légende : La particule d’or (en jaune) est fonctionnalisée par deux couches de polymères différents. La fonctionnalisation est dite anisotrope : les couches successives de polymère sont présentes à l’équateur, mais pas au sommet de la nanoparticule. Sur les images de microscopie électronique en transmission, on observe la première couche réactivable (i : en vue de dessus, en fausse couleur), puis l’augmentation de l’épaisseur polymérisée lors de la deuxième étape (ii).
Référence :
Farid Kameche, Wajdi Heni, Siham Telitel, Dandan Ge, Loïc Vidal, Frédéric Dumur, Didier Gigmes, Jacques Lalevée, Sylvie Marguet, Ludovic Douillard, Céline Fiorini-Debuisschert, Renaud Bachelot et Olivier Soppera. Plasmon-triggered living photopolymerization for elaboration of hybrid polymer/metal nanoparticles. Materials Today.