Directed assembly of objects from colloidal solutions

Assemblage dirigé d'objets à partir de solutions colloïdales

Mike Geneviève (1)

1 LAAS - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes

Integration of nanoobjects into functional systems at the nanometer scale is a serious challenge especially for applications that take advantage of the unique properties of these objects. There are a wide variety of objects with diverse nature from nanoparticles to proteins and molecules. Many problems aim at assembling on a solid surface in 2D or 3D these nanobojects from a liquid phase. However their integration on solid surfaces remains a sensitive operation. Particular attention must therefore be taken for the assembling of biomolecules or nanoparticles when considering applications to biological analysis and medical diagnosis, but also for the fabrication of specialised electro-mechanical micro/nano systems. The work presented in this thesis deals with this problematic and consists of studying, understanding and modelling the physical mechanisms that play a role in the capillary assisted assembly technique (wettability, triple line anchoring on artificial patterns, convection flux in the liquid solution). For this purpose we have conceived and mounted a capillary assisted assembly tool. A technological part has also been developed using nanolithography techniques to create anchoring patterns on solid surfaces. The final part of this research work is more application oriented. We have shown how our tool can be used to assemble nano-objects of interest different from the usual spherical ones. In particular we have studied the assembly of carbone nanotubes and of DNA strands and their organised combing onto solid surfaces.

L'intégration de nano-objets dans des systèmes fonctionnels à l'échelle nanométrique est un sérieux challenge à relever pour les applications qui exploitent leurs propriétés uniques. Ces objets peuvent être de natures diverses et variées, des nano-particules, des protéines, des molécules. De nombreuses problématiques visent à assembler sous forme 2D ou 3D ces nano-objets en suspension dans un liquide sur des surfaces solides. Leur intégration depuis cette phase liquide sur une surface solide, demeure une opération sensible. Une attention toute particulière est alors mise sur l'assemblage de biomolécules ou de nano-particules pour des applications tournées vers l'analyse biologique et le diagnostic médical, mais aussi vers la fabrication de systèmes micro-nano systèmes électromécaniques spécialisés. Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans cette problématique, il consiste à étudier, comprendre et modéliser les mécanismes physiques mis en jeu dans la technique d'assemblage dirigé par capillarité (mouillabilité, piégeage de la ligne triple sur des motifs artificiels, flux convectifs au sein de la solution). Pour cela nous avons conçu et assemblé un système expérimental d'assemblage capillaire. Un volet technologique a également été développé afin de créer des motifs de piégeage par des méthodes de nanolithographie. Le dernier volet du travail de recherche que nous avons effectué est de nature plus applicative, nous montrons comment un tel procédé peut être utilisé afin d'assembler des nano-objets d'intérêt, autres que des nanosphères parfaites. Nous avons en particulier étudié l'assemblage de brins d'ADN permettant leur peignage organisé sur une surface ainsi que l'assemblage de nanotubes de carbone.

Mots clés: Directed assembly; Capillarity; Colloidal solution; Surface structuring; Optical lithography; Electronic lithography; Colloids; Carbone nanotubes

Mots clés: Assemblage dirigé; Capillarité; Solution colloïdale; Structuration de surface; Lithographie optique; Lithographie électronique; Micro-contact printing; Nanosphères; Colloïdes; ADN; Nano-tubes de carbones

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Mike Geneviève. Assemblage dirigé d'objets à partir de solutions colloïdales. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. INSA de Toulouse, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00377795⟩