Mesure en imagerie de courant

III.3.1. Deux mesures directes avec du pentacène

Nous avons insisté précédemment sur le fait que les brins ou cordes d’ADN recouverts de métal ne donnent pas de courant. Nous présentons dans cette section deux mesures qui ont donné un courant de l’ordre du nA (10^-9A). Dans ces expériences on a déposé du pentacène directement sur les cordes d’ADN. La plupart des structures que l’on a étudiées se sont avérées isolantes à l’exception de quelques mesures. Cela signifie que l’utilisation d’un conducteur organique est moins agressif pour l’ADN que le dépôt de métal.

III.2.3.1. Sur SiO2

L’ADN est déposé en laissant sécher une goutte d’ADN (10mM TE, 10pM ADN) sur une surface de SiO2. L’échantillon de SiO2 a été nettoyé à l’aide d’un mélange piranha : 2/3 acide sulfurique concentré/ 1/3 eau oxygénée (cf. chapitre II). Il est laissé quelques jours à l’air pour le rendre moins hydrophile. Dans ce cas, lorsqu’on laisse sécher une goutte de solution contenant de l’ADN, elle ne sèche pas sur place. Le ménisque se déplace au fur et à mesure que la goutte s’évapore. L’allure de l’échantillon est schématisée sur la figure III.20 au chapitre III. On évite ainsi de laisser trop de sel sur la surface.

On dépose du pentacène sur une partie de l’échantillon. Au premier passage de la pointe sur la zone de mesure indiquée sur la figure IV.06, nous avons observé un courant en parfaite corrélation avec l’image topographique. Afin d’améliorer la résolution de l’image l’acquisition a été reprise par le bas de l’image. Malheureusement le premier passage de la pointe a endommagé le brin. Il a même été coupé à l’endroit indiqué par la flèche 1 sur la figure IV.06. Cela explique l’absence de courant à l’extrémité du brin et peu de courant ensuite jusqu’à retrouver un niveau plus important sur la zone du brin qui n’avait pas été imagée. La tension appliquée a été modifiée lors du balayage comme indiqué par la figure IV.06.

En conclusion on a observé le passage du courant dans une corde d’ADN constituées d’environ 300 molécules (On a estimé le nombre de molécules à partir de l’image topographique en considérant une aire de 3nm² par molécule d’ADN dans la corde). Le niveau de courant atteint est de l’ordre de 1nA pour 1V sur une distance de l’ordre de 1µm.

On déduit une résistance de contact de l’ordre de 1GΩ, et une résistance de la corde d’ADN inférieure à 0.2GΩ soit σ > 0.03(Ωcm)^-1. La résistance de contact est déduite du courant obtenu sur l’ADN très proche du pentacène. L’estimation de la résistance de la corde d’ADN

courant en fonction de la distance. On en déduit connaissant la résistance de contact une valeur de résistance de la portion de corde entre la pointe de l’AFM et le pentacène.

Nous avons obtenu d’autres mesures similaires sur cet échantillon (cf. figure IV.07).

Cependant nous n’avons pas retrouvé de zone donnant des résultats aussi nets. De plus toutes les autres cordes (non représentées) qui ont données un signal électrique sont très proches du pentacène (<200nm). On peut alors suspecter le polymère organique d’avoir migré le long de la corde d’ADN pendant le dépôt créant un chemin pour la conduction.

III.2.3.2. Sur une surface terminée amine

Nous avons obtenu sur une surface terminée amine une mesure de courant sur deux molécules d’ADN.

L’échantillon a été préparé en laissant sécher une solution d’ADN de 10pM dans un tampon Tris(10mM)/EDTA(1mM). Du pentacène est évaporé sur l’ADN.

Nous avons observé du courant sur cet échantillon sur une zone où se trouvent deux brins d’ADN. Les cordes d’ADN plus importantes à proximité n’ont donné aucun courant (cf.

figure IV.08). On peut constater sur la figure IV.08 en b) et c) que le courant sature (à 0.25nA) au niveau de l’ADN. L’amplificateur met un certain temps à revenir à zéro. Cela explique que la largeur du signal sur l’image en courant soit plus importante que la largeur de l’ADN en topographie. En revanche, il est étonnant d’observer une zone (indiquée sur la figure IV.08) sur l’ADN où il n’y a pas de courant. Il est possible que l’ADN soit endommagé par le passage du courant, ou bien il n’y a pas eu un bon contact de la pointe sur l’ADN à cet endroit. Il est peu probable que du pentacène se soit déposé autour de l’ADN car, on aurait observé des terrasses moléculaires typiques du pentacène autour de l’ADN.

Sur une surface terminée amine en AFM conducteur nous n’avons obtenu qu’une seule image avec du courant sur l’ADN. Un courant d’environ 0.25nA pour 5V (la tension positive est appliquée sur l’électrode en pentacène) sur une distance de 100nm a été observé sur cet échantillon. On peut estimer une résistance de la portion d’ADN entre le pentacène et la pointe de l’AFM de l’ordre de 20GΩ soit σ ~ 0.02(Ωcm)^-1.

L’ADN en topographie a une hauteur de 0.5nm en désaccord avec les résultats de Kasumov [Kasumov 2002] où il trouve une hauteur de 2.4nm pour l’ADN conducteur.

165

0 1000 2000 3000 4000 5000

0 100 200 300 400 500 600 700

Intensité (pA)

distance (nm)

1V 0.5V

3V 1

2

a) b)

Figure IV.06 : Mesure de courant en AFM conducteur. En a) image en topographie. En b) image correspondante en courant. Un profil du courant déduit de l’image b) est tracé en c). Le balayage de l’image se fait de bas en haut. La vitesse de la pointe est de 1µm/s. La tension appliquée est de 3V en début d’image puis 1V et 0.5V. Les limites sont indiquées sur la figure. L’échantillon est préparé en laissant sécher une goutte de solution d’ADN (10mM Tris / 1mM EDTA / 10pM ADN) sur une surface de SiO2. On évapore du pentacène sur l’ADN. On peut estimer une résistance de la corde d’ADN (300 brins d’ADN) à partir de la chute de courant en fonction de la distance. Sur la zone où le courant est de l’ordre de 0.5nA on indique la plus grande pente qui englobe nos valeurs expérimentales. La résistance correspondante est de 0.2GΩ. La pointe a imagé deux fois cet endroit. Les images représentées en a) et b) correspondent au deuxième passage. Le premier passage de la pointe a sectionné la corde au niveau de la flèche 1. La flèche 2 indique l’extrémité de la corde d’ADN où l’on a observé du courant lors de la toute première image (non sauvegardée).

c)

0.2GΩ

© 2003 Tous droits réservés. http://bibliotheques.univ-lille1.fr/grisemine

166

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Figure IV.07 : Mesure de courant en AFM conducteur sur le même échantillon que sur la figure IV.07. En a) et c) topographie. En b) et d) images en courant correspondants aux images en topographie. L’échantillon est préparé en laissant sécher une goutte de solution d’ADN (10mM Tris / 1mM EDTA / 10pM ADN) sur une surface de SiO2. On évapore du pentacène sur l’ADN. L’image est composée de 64 lignes. Chaque bosse de courant (cf. flèche) obtenue sur l’ADN en b) et d) correspond à une ligne de l’image. Le maximum du courant mesuré est de l’ordre de 200pA. Le courant varie peu en fonction de la distance.

1.2µm

c)

1.2µm

6V appliqué 2.4µm/s

d)

Figure IV.08 : Mesure de courant en AFM conducteur sur deux molécules d’ADN. Ces molécules sont indiquées par les traits pleins en insert de a). L’échantillon est préparé en laissant sécher une goutte de solution d’ADN (10mM Tris / 1mM EDTA / 10pM ADN) sur une surface terminée amine. On évapore du pentacène sur l’ADN. On peut constater qu’on observe un signal électrique que sur une portion des

Saturation 250 pA

120 nm

a) b)

5V appliqué 1.2µm/s 1.2µm × 1.2µm pentacène

-NH2

1.2µm × 1.2µm

c)

Pas de courant sur une portion de l’ADN

III.3.2. Conclusion

Cette section a présenté quelques mesures obtenues sur de l’ADN dans le cas où du pentacène est utilisé comme électrode. Les niveaux de courant obtenus sont de l’ordre d’une fraction de nA (10^-9A).

On peut estimer la résistance des cordes d’ADN dans ces expériences d’imagerie en courant à partir de la décroissance du courant en fonction de la distance. On trouve des résistances qui vont de 0.2GΩ (pour 300 brins d’ADN) à 20GΩ (pour 2 brins d’ADN). Cela correspond à une conductivité σ d’environ 0.03 (Ωcm)^-1. Ces valeurs sont quatre ordres de grandeur en dessous de celles obtenues par Fink [Fink 1999] et cinq ordres de grandeur en dessous de celles de Kasumov [Kasumov 2001].

Le problème de ces expériences d’imagerie en courant est leur manque de reproductibilité. Sur les échantillons que l’on a préparé, nous n’avons pas pu effectuer de mesures courant – tension. En effet, on n’a aucun moyen de savoir en observant l’ADN à l’AFM (en mode tapping) quel brin d’ADN va donner un signal électrique. Partir à la recherche de molécules conductrices en les testant une à une peut être très long vu le peu de mesures que l’on a effectuée en imagerie de courant.

Il était donc impératif d’améliorer la reproductibilité des mesures. Pour cela nous avons utilisé le paquet d’ADN comme interface entre l’électrode évaporée et la corde d’ADN dont on veut mesurer les propriétés de conduction.

III.4. Caractéristique courant – tension