Tellurium based glasses for bio-sensing and space applications

• Auteur / Autrice : Allison Wilhelm
• Direction : Bruno Bureau, Pierre Lucas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Rennes 1 en cotutelle avec University of Arizona
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tellure

Fibres optiques

Imagerie infrarouge

Chalcogénures

Verre

Résumé

Chalcogenide glasses are well suited for biological sensing applications due to their rheological properties and broad transparency range in the mid-infrared. This broad transparency range is of particular importance as it corresponds to the region of strong fundamental vibrational modes of organic and biologically relevant molecules; a characteristic not held by traditional oxide glasses. More specifically, tellurium based chalcogenide glasses exhibit promising characteristics for use in space and bio-sensing applications due to a transmission window that extends even further into the IR. Compositions such as Te2As3Se5 have optimal rheological and excellent optical properties for use in a wide range of IR sensing applications. However, through the investigation of new tellurium based chalcogenide glass compositions these already significant optical properties can be augmented; opening up an even larger number of IR applications, such as the detection of CO2, requiring an extended transparency in the IR. In the present work it has been shown that: 1. The commonly used Te2As3Se5 (TAS) glass does not pose a toxic threat to biological molecules after removal of a surface oxide layer, 2. The chalcogenide glass composition Ge20Te73I7 has excellent properties nicely suited for biological and space sensing applications requiring an extended IR transparency and advanced optical components, 3. Tellurium based glasses with conductive properties show great promise for use in a novel approach to the detection of viruses in an aqueous environment.

Les travaux de recherche présentés et discutés dans cette thèse représentent une contribution à la connaissance des verres de chalcogénures et plus particulièrement à ceux formés a partir de Sélénium Se et de Tellure Te. Ces matériaux vitreux, inédits pour certains, présentent la particularité d’être très transparent dans l’infrarouge et en particulier dans la fenêtre spectrale qui contient les signatures infrarouges des molécules et biomolécules. Une grande partie du travail de thèse est donc consacrée à la mise en forme de ces verres afin de fabriquer des fibres optiques ou des composants planaires qui sont le cœur de capteurs optiques utilisés pour analyser des réactions en milieu biologique. Une étude très détaillée de leur corrosion à l’air et de leur comportement en milieu aqueux a été menée. On montre ainsi que la corrosion des fibres à l’air est très faible et lente et qu’elles présentent une tenue exceptionnelle en milieu aqueux. Nous avons avec succès découverts et développés des compositions de verres dans le système Te/Ge/I. Ces verres sans Se sont transparents dans la fenêtre 2 à 22µm et présentent un caractère semi-conducteur. Nous avons montré que ces verres pouvaient être mis en forme par pressage sans que cette opération affecte leur transparence. Un plateau de verre TGI a été fabriqué et testé avec succès pour réaliser des mesures d’absorption de surface par réflexions multiples (méthode ATR) Enfin le but de notre travail étant le développement de capteurs pour la détection de biomolécules qui sont constitutives des cellules ou des virus nous avons étudié l’action d’un champ électrique sur la concentration des espèces sur la surface d’un plateau ATR.