Les matériaux hybrides organique-inorganique ont des nombreuses applications telles que les capteurs biologiques ou pour l’environnement, les milieux pour lasers solides ou pour l’optique non-linéaire, ou encore la photo-catalyse. Les sol-gels de silice dopés sont particulièrement intéressants à cause de leur faible coût et de la facilité de leur mise en oeuvre sous différentes formes telles que poudres, films minces ou monolithes. Il serait donc intéressant d’avoir une vue microscopique de la mobilité des hôtes organiques dans ces matériaux. Aussi, cette diffusion a fait l’objet de nombreuses études par des techniques telles que la RMN en gradient de champ pulsé, la diffusion quasi-élastique de neutrons, les spectroscopies IR ou de fluorescence (fluorescence d’excimères et anisotropie de fluorescence), et le retour de la fluorescence après photo-blanchiment (FRAP). Cependant, ces mesures d’ensemble ne peuvent fournir qu’une constante de diffusion moyenne, ou au mieux des indications sur l’hétérogénéité microscopique par des cinétiques de signal non-exponentielles. Leur interprétation peut de plus requérir le recours à des modèles spécifiques de la structure du milieu ou des interactions entre l’hôte et la matrice, dont il peut être difficile de juger a priori de la validité. La détection de molécules individuelles peut au contraire, et sous réserve de statistiques adéquates, fournir une vue microscopique directe et détaillée de la diffusion et révéler des hétérogénéités à l’échelle moléculaire. Dans ce travail, réalisé en collaboration avec les équipes de C. Bräuchle (LMU-Munich) et de C. Payrastre (UPS-Toulouse), une streptocyanine nouvelle a été synthétisée et insérée lors de la synthèse dans des sol-gels de silice monolithiques de différentes mésoporosités. La diffusion de molécules individuelles de ce colorant dans le réseau de nanopores de la silice a été suivie par microscopie de fluorescence en champ lointain. L’incertitude sur la position des molécules est suffisamment petite (50nm) pour mettre en évidence des molécules confinées dans des pièges physiques de quelques centaines de nanomètres de diamètre, par opposition à une liaison chimique au substrat. La constante de diffusion de différentes molécules individuelles varie dans un rapport de un à sept, témoignant de fortes micro-inhomogénéités dans les échantillons. La plupart des molécules dans un gel à pores larges (22 nm ) diffusent librement, avec une constante de diffusion moyenne de l’ordre de 10-8 cm2s-1 . A l’autre extrême, dans un gel à pores étroits (3 nm , comparable à la taille du colorant), la majorité des molécules sont piégées. Dans ces derniers gels, 10 % des molécules présentent un comportement curieux de diffusion intermittente, environ 10 fois moins rapide que ci-dessus, interrompue par des périodes de piégeage. La signifiance statistique des variations de la constante de diffusion et de la durée des trajectoires des molécules est discutée à l’aide de simulations Monte Carlo. 1- C. Hellriegel etal, J. Phys. Chem. B., sous presse.
LCTPCM – UMR 5624 Pau