Fonctionnalisation chimique de membranes nanoporeuses pour la mise en oeuvre de filtres commutatifs

par Dihia Benaoudia

Thèse de doctorat en Chimie. Chimie Énergie Nanosciences Surfaces

Sous la direction de Jean-Christophe Lacroix et de Philippe Guégan.


  • Résumé

    La filtration est un processus clé dans différentes industries telles que l’industrie chimique, alimentaire, biologique et le traitement des eaux. Il est donc crucial de trouver un moyen moins onéreux, efficace, et rapide pour récupérer les matériaux et molécules usagés. Les problèmes liés à la filtration sont très nombreux et peuvent être soit liés à la taille et la nature des objets à filtrer (molécules, virus, particules, cellules vivantes…), soit liés à la nature du filtre (papier, sable, céramique, membranes). Dans ce projet nous allons essentiellement nous intéresser à l’élaboration de filtres actifs, et efficaces, pouvant adapter leur perméabilité aux molécules qui les traversent. Afin d’atteindre cet objectif, nous devons trouver le moyen de répondre aux problématiques suivantes : Comment contrôler la structure et la perméabilité du filtre à l’échelle moléculaire? Comment observer le phénomène de transport au sein du pore à l’échelle microscopique? Comment comprendre les processus qui ont lieu lors de la filtration? Une approche pluridisciplinaire combinant nanotechnologie, nanochimie et nanofluidique est utilisée afin de répondre aux questions soulevées par la conception de filtres actifs à l’échelle moléculaire.

  • Titre traduit

    Nanoporous membranes modifications for commutative filters


  • Résumé

    Filtration is a key process in chemical industry, water treatments and in biotechnology. It is crucial in emerging environment friendly technologies, which require to sort and to recycle efficiently and rapidly used materials and molecules. Filtration problems are numerous and can be classified according to the size and nature of the objects to be filtered (molecules, macromolecules, virus, particles, living cells), to the filters used (clothes, paper, sand, membranes). Active filtration devices, i.e. filters whose properties can be controlled by an external input, are of tremendous interest. Nuclear pore is an interesting source of inspiration for the elaboration of active filter answering to the pH or temperature. Such systems can be mimicked by the grafting of specific macromolecules in solid pores of diameter below 50 nm. In this work, we will describe the different steps to mimic such nuclear pore and to build a selective filter. For that, nanopores will be electrochemically grafted by a) molecules bearing various chemical functions deposited as compact ultrathin films (thickness below 5 nm) and b) by long macromolecules with hydrodynamic radius of 10 nm leading to a hairy nanopore. In both cases grafting, has been performed by diazonium electroreduction1 and the properties of the functionalized membrane has been studied by measuring DNA translocation through the nanopores by zeromode wave guide setup2 or by electrical measurements3. When using aminophenyl molecules having different chemical function we clearly demonstrate that DNA translocation can be tuned by the chemical functions deposited at the entrance of the nanopores. Indeed, we observed a clear shift of the curves DNA translocation frequency vs pressure towards higher pressures as compared to bare membranes (Fig. 4). Furthermore, this change can be related to the change of the effective radius of the pore due to the grafting. After that heterotelechelic poly (2-alkyll-2-oxazoline) has been synthesized and grafted4. Oxazoline brings a hydrophobicity control to the pore by the modulation of the lower critical solubility temperature (LCST) of those polymers. The first results toward active filter controlled by temperature will be described.


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