Diffusion de rayonnement

Contact :

Dr Christophe Travelet, ingénieur d'études, 04 76 03 76 90

 

Au sein de l'équipe "physicochimie des glycopolymères" dirigée par le Dr Redouane Borsali, et dans le cadre des approches de caractérisation structurale multi-échelle du Cermav sur les glycomatériaux, nous développons des techniques de diffusion de rayonnement

Ces techniques permettent, entre autres, de caractériser des auto-assemblages nano-organisés (particules, micelles, vésicules, films...) à base de glycopolymères.

Ces différents systèmes trouvent leur intérêt dans divers domaines applicatifs : reconnaissance moléculaire, nanoparticules fonctionnalisées et glycofilms pour les technologies du futur (nanoélectronique, nanobiosciences...).

Compétences

Le rayonnement utilisé, en l'occurrence la lumière cohérente polarisée, et les macromolécules de polymères peuvent interagir, engendrant une polarisation de ces dernières et une réémission de la lumière dans toutes les directions de l'espace : c'est le phénomène de diffusion de la lumière.

Il permet de caractériser in situ des auto-assemblages à base de polymères plus ou moins organisés allant des solutions, suspensions ou émulsions à des gels physiques ou chimiques, en terme de :

  • rayon de giration, deuxième coefficient du Viriel et masse molaire apparente en poids en ce qui concerne la diffusion statique de la lumière ;
  • temps de décorrélation intermoléculaire et/ou intramoléculaire, coefficient de diffusion et rayon hydrodynamique en ce qui concerne la diffusion dynamique de la lumière.

Le couplage de ces techniques, en allant au-delà de la détermination in situ de la morphologie, est d'un grand intérêt pour l'étude approfondie de l'architecture et de la compacité des auto-assemblages.

Equipements

Appareil de diffusion de la lumière de chez ALV

Nous disposons au Cermav d'un appareil de diffusion de la lumière de haute performance de type ALV/CGS-8F S/N 069, équipé d'un laser rouge hélium-néon (JDSU) opérant à une longueur d'onde de 632,8 nm et à une puissance d'au plus 35 mW (classe 3B). L'échantillon que l'on mesure est dans un bain de toluène thermostaté.

Le goniomètre ALV/CGS-8F a la particularité principale de posséder quatre détecteurs (voir photo ci-contre) de type photodiodes à avalanche, permettant autant de mesures simultanées à quatre angles différents. Les angles de détection θ et les modules de vecteur de diffusion q accessibles peuvent atteindre les valeurs extrêmes indiquées ci-contre →

diffusion-app.gif

θ [°]

10

155

q [nm-1]

2,31 x 10-3 *

2,58 x 10-2 *

* dans le cas d'un échantillon aqueux à
température ambiante

Appareil de diffusion de la lumière aux très petits angles

Un dispositif non commercial de diffusion de la lumière aux très petits angles, impliquant un laser rouge hélium-néon (Spectra-Physics) et une caméra CCD (voir illustration), permet d'atteindre des modules de vecteur de diffusion q extrêmement faibles, allant jusqu'à 2 x 10-4 nm-1.

diffusion-sp.gif

Exemple de motif de diffusion d'un gel de polymère naturel obtenu avec la caméra CCD

Appareil de visualisation de particules

Un système de caméra vidéo ultrasensible (Nanosight) permet la visualisation in situ de nanoparticules dans un liquide. Un logiciel possédant un algorithme puissant de suivi de particule (mouvement brownien) en temps réel permet de remonter au coefficient de diffusion de chaque particule analysée. La connaissance de la viscosité du liquide et la mesure de la température permettent de remonter aux rayons hydrodynamiques et aux distributions en taille et en nombre. Il s'agit d'une méthode directe d'analyse très complémentaire à la diffusion dynamique de la lumière.

Cet instrument est optimum pour des concentrations de l'ordre de 107-108 particules par ml et la gamme de tailles de particules accessible s'étale de 10 nm à 1 μm. Il est doté d'une cellule permettant le contrôle de température, et d'un laser bleu pour la fluorescence, ce qui le rend complémentaire à la microscopie confocale en milieu liquide.

diffusion-nanosight.jpg
Nanosight

Appareillage ​complémentaire

Il est destiné aux mesures connexes d'indice de réfraction et d'incrément d'indice de réfraction, d'une part, et aux mesures de viscosité, d'autre part :

  • Réfractomètre de chez Optilab : de type Optilab-Rex, il utilise une longueur d'onde de 632,8 nm.
  • Rhéomètres et viscosimètre capillaire (plateau Rhéologie).

 

Accès

Ce plateau est ouvert à la communauté scientifique (laboratoires et entreprises) dans le cadre de programmes collaboratifs ou de prestations de services.