Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes
Présentation
Le laboratoire Interfaces Traitements Organisation et Dynamique des Systèmes – ITODYS, UMR7086 est une unité mixte de l'Université Paris Diderot et du CNRS (UMR 7086) rattaché à l'institut de chimie du CNRS et à ses sections 13 et 15 du comité national.
L’ITODYS rassemble 73 permanents (39 enseignants-chercheurs, 12 chercheurs CNRS et 22 BIATSS) et 40 doctorants et post-doctorants soit 113 personnes autour de 3 départements scientifiques, une équipe de modélisation moléculaire et des services communs.
Le laboratoire développe des activités de recherche autour de la chimie de surface, des interfaces, des nanomatériaux et nanosystèmes et de la chimie moléculaire pour les nanosciences. Le large spectre thématique explore différents aspects de la chimie-physique des molécules, nanosystèmes et nanomatériaux : Nanoélectrochimie, plasmonique moléculaire, biocapteurs électrochimiques, surfaces fonctionnalisées et nano-structurées, électronique organique, nanomatériaux et matériaux hybrides, assemblages supramoléculaires, modélisation moléculaire sont les thèmes les plus saillants.
Le laboratoire dispose d’un parc d'équipements pour la caractérisation des matériaux, des surfaces et nano-systèmes (MEB, AFM, XPS, diffractométrie X, Raman, IR, SECM, GC-MS, RMN..). Ces équipements sont complétés par une activité de nature théorique, qui bénéficie d'accès à des moyens de calcul à la fois internes et externes.
L'ITODYS est partenaire du Labex SEAM (Science and Engineering for Advanced Materials, http://www.labex-seam.fr) et plus particulièrement impliqué dans les axes : « Nano-matériaux inorganiques » (axe A2) et « Fonctionnalisation et nano-structuration des surfaces » (axe A3). Il est également associé au « laboratoire Interdisciplinaire des Energies de Demain – LIED (http://www.lied-pieri.univ-paris-diderot.fr/) et à son réseau international PIERI (Paris Interdisciplinary Energy Research Institute) L'ITODYS développe de très nombreuses collaborations nationales et internationales. Ces actions de recherche prennent place dans le cadre de projets ANR, de GDR (nationaux ou internationaux), de projets européens, de collaborations bilatérales avec de nombreux laboratoires académiques de différentes régions du monde ou au travers de thèses en co-tutelles. De nombreux travaux sont également effectués dans le cadre de contrats avec des organismes publics ou des partenaires industriels.
Le laboratoire a une politique d’animation forte et structurée autour : des Séminaires de Chimie Autour des Nanosciences - SCAN (contacts : Vincent Noël, vincent.noel@univ-paris-diderot.fr); des journées des doctorants (contact : Carole Connan, carole.connan@univ-paris-diderot.fr); d’une journée annuelle de présentation de l’instrumentation (contact : Philippe Decorse, philippe.decorse@univ-paris-diderot.fr); d’une journée destinée aux nouveaux entrants ; de sessions consacrées à l’Hygiène, sécurité et conditions de travail (contact
Thèmes de recherche
D1 « Surfaces, Nanostructuration et Réactivité »
(19 permanents, responsable Pr. B. Piro, piro@univ-paris-diderot.fr)
Le département D1 rassemble 4 équipes : Surfaces Bioactives et Capteurs – SBC (D1-1) ; Organisation Moléculaire Nano2D – OMNa2D (D1-2) ; Surfaces-Interfaces (D1-3) et Transfert d’Electron, Réactivité et Surfaces – TERS (D1-4). Les activités de recherche de ce département concernent le développement de nouvelles méthodes pour la fonctionnalisation de surface, la maîtrise de l’organisation des structures greffées ou adsorbées sur ces surfaces et l’élaboration de systèmes mettant à profit cette fonctionnalisation et structuration, capables de fournir une réponse macroscopique à un évènement de reconnaissance moléculaire tel que l’on peut l’observer dans les capteurs et biocapteurs. Une stratégie développée pour le contrôle nanométrique de l’organisation sur les surfaces consiste à profiter de l’auto-organisation supramoléculaire et par liaisons hydrogènes d’unités pi conjuguées. Le contrôle et l’étude de la réactivité chimique des interfaces sont également une préoccupation importante du département.
D2 « Nano-objets : Chimie, Physique et Applications »
(20 permanents, responsable Dr. J. Y. Piquemal, jean-yves.piquemal@univ-paris-diderot.fr)
Le département D2 rassemble les intérêts scientifiques de 3 équipes : Nanomatériaux (D2-1) ; Plasmonique Moléculaire et Spectroscopies Exaltées de Surface PMSES (D2-2) et Métaux, Chélateurs et Protéines (D2-3). Les recherches de ces équipes convergent vers la synthèse, la caractérisation et les applications de nanoparticules métalliques ou nano-hybrides organiques / inorganiques.
Les Nano-objets étudiés au sein de ce département sont principalement des nanoparticules métalliques ou nanohybrides organiques / inorganiques dont la forme et la taille (nano-fils, nano-bâtonnets, nano-pyramides, etc….) sont finement contrôlées par les différentes voies d’élaboration maîtrisées par les équipes participantes.
Ainsi, les trois équipes possèdent des expertises complémentaires sur différents aspects des nano-objets : synthèse par voie polyol ou biologique pour l’équipe Nanomatériaux ou maitrise de l’élaboration de nanostructures métalliques par lithographie électronique pour l’équipe PMSES. Les équipes D2-1, D2-2 et D2-3 développent des études fondamentales visant à comprendre i) les processus de croissance de ces nano-objets ii) leurs propriétés optiques ou d’activités SERS en relation avec leurs formes et leurs tailles iii) leurs interactions avec les systèmes biologiques ce qui comprend les études de toxicité ou les mécanismes cinétiques d’internalisation de nanoparticules dans des cellules.
D3 « Électronique Moléculaire, Transduction & Nanoélectrochimie »
(11 permanents, responsable Pr. J. C. Lacroix, lacroix@univ-paris-diderot.fr)
Deux équipes composent ce département scientifique : Transduction Moléculaire et Supramoléculaire – TMS (D3-1) et Nanoélectrochimie (D3-2). LE champ scientifique se positionne autour des propriétés électrochimiques et électroniques d’entités fonctionnelles moléculaires et de divers nanosystèmes, de leurs assemblages ou de leur adressage en vue d’applications relevant des Nanosciences et des Nanotechnologies pour l’Information et l’énergie. Les champs d’exploration se répartissent du moléculaire au supramoléculaire et du moléculaire aux nano-systèmes voire aux (nano)dispositifs. La question des interfaces est traitée au travers des problèmes génériques d’organisation et d’adressage. L’électrochimie et les transferts d’électrons, parfois photoinduits, occupent une place centrale dans le département D3, à la fois comme moyens d’analyse et de préparation d’une part mais aussi comme socle commun des objets d’études.
Modélisation moléculaire
(5 permanents, responsable Pr. F. Maurel, maurel@univ-paris-diderot.fr)
Les activités de l’équipe couvrent la description de systèmes moléculaires simples aux systèmes complexes comme les complexes protéines – ligands ou les processus aux surfaces. Ces thématiques font appel aux méthodes basées sur des champs de force à celles de la mécanique quantique (sous conditions périodiques ou non) ou aux méthodes hybrides QM/MM ou QM/QM’ qui peuvent être statiques ou dynamiques et qui permettent la modélisation de processus dans des milieux complexes. Les études théoriques étant menées au plus près des problématiques expérimentales, la politique suivie par l’équipe privilégie des collaborations durables et actives avec les expérimentateurs, dans les équipes du laboratoire, mais également à l’extérieur de celui-ci. Les activités de l’équipe sont organisées autour de trois thèmes principaux au carrefour de nombreuses problématiques expérimentales : La modélisation des biomolécules et des complexes ligands – biomolécules ; L’étude de la structure électronique, des propriétés spectroscopiques et de la réactivité de systèmes -conjugués photo- ou électro-actifs et l’étude des processus d’auto-organisation supramoléculaire sur surface.
[hal-01323936] Study of Ni exchangeable pool speciation in ultramafic and mining environments with isotopic exchange kinetic data and models.
Date: 31 mai 2016 - 15:01
Desc: Soils and ore samples influenced by mining and metallurgical activity were collected in ultramafic soils (UM) complexes of Barro Alto and Niquelândia, in order to determine the contribution of each Ni bearing phases to the total exchangeable pool of Ni, and to point out if this pool was affected by anthropic activities. For this purpose, the IEK-model previously developed by the group (Zelano et al., submitted) was applied, on the basis of IEK experiments performed on pure typical Ni scavengers (serpentines, chlorite, smectite and iron oxydes) from ultramafic systems. For each typical scavenger, this model describes the percentage of Ni associated to exchangeable pool(s) as well as their corresponding kinetic constant(s) of exchange. The mineralogical composition of soil and ore samples and Ni solid speciation were first determined, and the IEK-model was applied on these bases. In almost all samples, an important contribution of serpentine to Ni exchangeable pool was highlighted, ranging between 10% and 45%. The important amount of organic matter (OM) in one of the studied soil samples, allowed to extrapolate generic OM ENi and k parameters, which were introduced in the IEK-model to improve its predictive capability. Obtained results provided evidences of how even a small content (3 wt%) of organic carbon (OC), can represent an important contribution of OM to the total ENi pool (60%). In the investigated ore samples, up to the 60% of ENi was attribute to smectite, responsible for fast ENi pool kinetic evolution. In addition, the model highlighted the role of the Fine Black Ash (FBA), by-products of the pyrometallurgical activity, detected into a soil sample, that is responsible for the 15% of ENi. This approach allowed to determine, for the first time, the relative contribution of each Ni bearing phase to the total exchangeable pool, in terms of concentration and kinetics.
[hal-02093459] Magnetic Fe 2 O 3 −Polystyrene/PPy Core/Shell Particles: Bioreactivity and Self-Assembly
Date: 9 avr 2019 - 01:14
Desc: This paper describes the synthesis of new magnetic, reactive polystyrene/polypyrrole core/shell latex particles. The core consists of a polystyrene microsphere containing gamma-Fe2O3 superparamagnetic nanoparticles (PSmag), and the shell is made of reactive N-carboxylic acid-functionalized polypyrrole (PPyCOOH). These PSmag-PPyCOOH latex particles, average diameter 220 nm, were prepared by copolymerization of pyrrole (Py) and the active carboxyl-functionalized pyrrole (PyCOOH) in the presence of PSmag particles. PNVP was used as a steric stabilizer. The functionalized polypyrrole-coated PSmag particles were characterized in terms of their particle size, surface morphology, chemical composition, and electrochemical and magnetic properties using transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), cyclic voltammetry, and SQUID magnetometry. Activation of the particle surface carboxyl groups was achieved using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide (EDC) and N-hydroxysuccinimide (NHS), which helps transform the carboxyl groups into activated ester groups (NSE). The activated particles, PSmag-PPyNSE, were further evaluated as bioadsorbents of biotin used as a model biomolecule. It was shown that biotin was immobilized at the surface of the PSmag-PPyNSE particles by forming interfacial amide groups. The assemblies of PSmag-PPyCOOH particles on glass plates were further investigated. When no magnetic field is applied, the particles assemble into 3D colloidal crystals. In contrast, under a magnetic field, one-particle-thick chains gathered in hedgehog-like architectures are obtained. Furthermore, PSmag-PPyCOOH coated ITO electrodes were shown to be electroactive and electrochemically stable, thus offering potentialities for creating novel high-specific-area materials for biosensing devices where the conducting polymer component would act as the transducer through its conductive properties.
[hal-02359178] Alkyl-Modified Gold Surfaces: Characterization of the Au−C Bond
Date: 12 nov 2019 - 12:48
Desc: The surface of gold can be modified with alkyl groups through a radical crossover reaction involving alkyliodides or bromides in the presence of a sterically hindered diazonium salt. In this paper, we characterize the Au−C(alkyl) bond by surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS); the corresponding peak appears at 387 cm −1 close to the value obtained by theoretical modeling. The Au−C(alkyl) bond energy is also calculated, it reaches −36.9 kcal mol −1 similar to that of an Au−S−alkyl bond but also of an Au−C(aryl) bond. In agreement with the similar energies of Au− C(alkyl) and Au−S−(alkyl), we demonstrate experimentally that these groups can be exchanged on the surface of gold.
[hal-00829961] Highly hydrophilic surfaces from polyglycidol grafts with dual antifouling and specific protein recognition properties.
Date: 4 juin 2013 - 11:56
Desc: Homopolymer grafts from α-tert-butoxy-ω-vinylbenzyl-polyglycidol (PGL) were prepared on gold and stainless steel (SS) substrates modified by 4-benzoyl-phenyl (BP) moieties derived from the electroreduction of the parent salt 4-benzoyl benzene diazonium tetrafluoroborate. The grafted BP aryl groups efficiently served to surface-initiate photopolymerization (SIPP) of PGL. In similar conditions, SIPP of hydroxyethyl methacrylate (HEMA) permitted the production of PHEMA grafts as model surfaces. Water contact angles were found to be 66°, 15°, and 0° for SS-BP, SS-PHEMA, and SS-PPGL, respectively. The spontaneous spreading of water drops on SS-PPGL was invariably observed with 1.5 μL water drops. PPGL thus appears as a superhydrophilic polymer. Resistance to nonspecific adsorption of proteins of PPGL and PHEMA grafts on gold was evaluated by surface plasmon resonance (SPR) using antibovine serum albumin (anti-BSA). The results conclusively show that PPGL-grafts exhibit enhanced resistance to anti-BSA adsorption compared to the well-known hydrophilic PHEMA. PPGL grafts were further modified with BSA through the carbonyldiimidazole activation of the OH groups providing immunosensing surfaces. The so-prepared PPGL-grafted BSA hybrids specifically interacted with anti-BSA in PBS as compared to antimyoglobin. It is clear that the superhydrophilic character of PPGL grafts opens new avenues for biomedical applications where surfaces with dual functionality, namely, specific protein grafting together with resistance to biofouling, are required.
[hal-01987562] Directed Growth of Mixed Self-Assembled Monolayers on a Nanostructured Template: a Step toward the Patterning of Functional Molecular Domains
Date: 21 jan 2019 - 11:19
Desc: We report on the elaboration of networks of SAM domains. More precisely, we show the feasibility in making arrays of functionalized alkylthiol nanodomains bordered with an alkylthiol matrix. The several step process relies on the replication of a self-organized cobalt array grown on Au(111). The SAM process takes place in solution. The chemical affinity of thiol for gold leads to the selective grafting of molecules on the surface. After having removed the inorganic array, alkylthiol functionalized with a terthiophene unit is grafted in free gold areas. The efficiency of the replication of the initial template depends on the stability of the first SAM. We also investigate electronic tunnel transport through oligothiophene islands with the STM. The variation of the molecular contrast with bias voltage between the two molecular species indicates a potential resonant tunneling mechanism through the orbitals of the aromatic compound.
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Bâtiment Lavoisier
15, rue Jean de Baïf
75013 PARIS