Measurement of the interaction force between perylene diimide (PDI) adducts by single-molecule force spectroscopy

Abstract

L'objectif de ce mémoire est d'utiliser la microscopie à force atomique (AFM) pour sonder une interaction unique entre deux monomères de perylène diimide (PDI) et de comparer sa résistance mécanique à d'autres interactions d'empilement π (π-stacking) étudiées précédemment. Nous visons à étudier la dynamique de cette interaction (spectroscopie de force à vitesse variable), sa stabilité mécanique (expériences de « distance-clamp ») ainsi que l'effet de la modulation du solvant sur la force d'interaction. Ce projet s'inscrit dans le cadre d'une collaboration avec le groupe du Prof. C. Weder (Université de Fribourg, Suisse), qui synthétise les molécules étudiées dans notre groupe.

Dans cette étude, le dépliement d'un dimère de PDI inséré dans une boucle polymère repliée a été étudié par spectroscopie de force à l'échelle de la molécule unique (SMFS) par AFM. Le dimère de PDI a été ancré entre un substrat et la pointe de l'AFM à l'aide d'attaches polymères. Lors de l'extension, des courbes de force caractéristiques de la rupture de l'interaction PDI–PDI ont été observées sous forme de motifs à double pic. L'extension à la rupture, la force de rupture et les mesures de flexibilité des attaches indiquent que les expériences ont été réalisées au niveau de la molécule unique. La distance révélée entre les deux pics est en bon accord avec la longueur théorique de la boucle moléculaire reliant les deux unités PDI, confirmant ainsi la rupture d'une seule interaction PDI–PDI à la fois. Une double distribution des forces de rupture a été observée, étayant l'existence de deux conformations repliées (alignements parallèle et anti-parallèle des PDI), comme le suggèrent les simulations des collaborateurs de l'UNamur.

Des mesures ont été effectuées dans l'acétonitrile (ACN) et le tétrachloroéthane (TCE) afin d'évaluer l'influence de l'environnement du solvant sur les événements de rupture du dimère. Une modulation de la force a été observée, ainsi qu'une modification du rapport entre les deux conformations repliées.

Enfin, des études préliminaires utilisant diverses géométries de traction ainsi que des études en « distance-clamp » sont présentées. Bien que ces expériences doivent être reproduites pour atteindre un ensemble de données statistiquement valide, elles montrent un grand potentiel pour la compréhension de ces interactions non covalentes. Étant donné que ces interactions π-π sont utilisées dans des matériaux mécano-sensibles, l'observation en temps réel d'une interaction unique sous tension est particulièrement intéressante, notamment pour caractériser leur durée de vie sous différentes forces.