Drying nano particles solution on an oscillating tip at an air liquid interface: what we can learn, what we can do

Evaporation of fluid at micro and nanometer scale may be used to self-assemble nanometre-sized particles in suspension. Evaporating process can be used to gently control flow in micro and nanofluidics, thus providing a potential mean to design a fine pattern onto a surface or to functionalize a nanoprobe tip. In this paper, we present an original experimental approach to explore this open and rather virgin domain. We use an oscillating tip at an air liquid interface with a controlled dipping depth of the tip within the range of the micrometer. Also, very small dipping depths of a few ten nanometers were achieved with multi walls carbon nanotubes glued at the tip apex. The liquid is an aqueous solution of functionalized nanoparticles diluted in water. Evaporation of water is the driving force determining the arrangement of nanoparticles on the tip. The results show various nanoparticles deposition patterns, from which the deposits can be classified in two categories. The type of deposit is shown to be strongly dependent on whether or not the triple line is pinned and of the peptide coating of the gold nanoparticle. In order to assess the classification, companion dynamical studies of nanomeniscus and related dissipation processes involved with thinning effects are presented

Humidity effect on the interaction between carbon nanotubes and graphite

An atomic force microscope is used to study the effect of humidity on the interaction between carbon nanotubes anchored to atomic force microscopy tips and various samples. Commercial silicon tips were also used for comparison. Adhesion force and dissipative energy were measured between these tips and highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) and PMMA in contact mode. The data provides a detailed understanding of carbon nanotube interactions as a function of humidity

Propriétés mécaniques des nanotubes de carbone en tant que nanosondes et leurs fonctionnalisation par bio-nanoparticules

La fixation d'un nanotube de carbone à l'extrémité d'une pointe AFM constitue une des approches priviliégiées pour améliorer l'exploitation des sondes locales de force. Nous présentons ici une étude comparative de nanotubes de carbone obtenus par dépôt chimique de vapeur soit en simple ou double feuillets (diamètre typique de l'ordre de 2 à 4 nm) soit en multiples fuillets (diamètre de l'ordre de 70 nm) ancrés sur la pointe. L'étude en mode dynamique de modulationde fréquence des propriétés mécaniques des nanotubes permet de mettre en évidence la compétition entre l'adhésion du nanotube sur la surface et l'énergie élastique stockée au cours de sa déformation. En tant que nanosonde, le nanotube de carbone présente plusieurs avantages et, par le bias d'une fonctionnalisation spécifique, peut même devenir une sonde bien adaptée pour l'étude des systèmes biologiques. Nous proposons ici une méhode de mesure de la reconnaissance spécifique entre un peptide et un matériau non biologique afin d'envisager par la suite la fonctionnalisation des pointes AFM. Cette méthode exploite des nanoparticules fonctionnalisées avec des séquences d'acides aminés, synthétisées à partir de résultats d'approche de biologie moléculaire. Ces séquences peptidiques seront ensuite fixées sur une pointe AFM sur laquelle est ancré un nanotube de carbone ou sur une pointe usinée avec un faisceau d'ions focalisés. La fonctionnalisation se réalise ensuite par trempage, à l'aide d'un AFM dynamique, de la pointe oscillante dans une solution diluée de nanoparticules. Les mesures des déplacements de fréquence et de la dissipation peuvent nous indiquer comment les nanoparticules interagissent avec la pointe.BORDEAUX1-BU Sciences-Talence (335222101) / SudocSudocFranceF

Nanotubes de carbone comme sondes en microscopie à force atomique (nanomécanique et étude à l interface air-liquide de fluides complexes)

La microscopie à force atomique exploite les interactions entre une sonde et un échantillon. Les nanotubes de carbone représentent la sonde idéale, ils sont: fins, robustes, peu réactifs et ont un haut rapport d'aspect. L'utilisation à grande échelle des sondes à nanotubes de carbone passe par l'étude de leur comportement mécanique en contact avec une surface. Nous étudions deux types de sondes: les sondes avec nanotubes multiparois et les sondes avec nanotubes monoparois. Pour les nanotubes multiparois nous avons utilisé trois mode de fonctionnement AFM différents que sont les modes contact, modulation de fréquence et bruit thermique. Les résultats expérimentaux sont comparés à des modèles mécaniques que nous avons développés. Les études des nanotubes monoparois ont été réalisées à partir d'un AFM interférométrique. Ces mesures nous ont permis de déterminer l'énergie d'adhésion par unité de longueur d'un nanotube monoparoi sur des surfaces de graphite et mica.Enfin nous présentons deux applications des sondes AFM avec nanotube multiparoi. La première est un projet de sondes électrochimiques pour lesquelles un nanotube multiparoi sert de nanolocalisateur. La seconde est une étude par AFM d'une interface air-liquide de fluides complexes.Atomic force microscopy exploits interactions between a probe and a sample. Carbon nanotubes represent the ideal probe; they are thin with a high aspect ratio, robustes and few reactive. The widespread use of carbon nanotube probes needs the study of their mechanical behavior in contact with a surface. We study two types of probes: probes with multiwalled nanotubes and probes with singlewalled nanotubes. For multiwalled nanotubes, we used three differents AFM modes that are contact, frequency modulation and thermalnoise. The experimental results are compared with mechanical models that we developed. Studies of singlewalled nanotubes have been produced from an interferometric AFM. These measures have enabled us to determine the adhesion energy per unit length of singlewalled nanotubes on graphite and mica surfaces.Finally we present two applications of AFM probes with multiwall nanotubes. The first is a project of electrochemical sensors for which a multiwall nanotube is used as a nanolocalisator. The second is a study by AFM of air-liquid interface of complex fluids.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Competition of elastic and adhesive properties of carbon nanotubes anchored to atomic force microscopy tips

In this paper we address the mechanical properties of carbon nanotubes anchored to atomic force microscopy (AFM) tips in a detailed analysis of experimental results and exhaustive description of a simple model. We show that volume elastic and surface adhesive forces both contribute to the dynamical AFM experimental signals. Their respective weights depend on the nanotube properties and on an experimental parameter: the oscillation amplitude. To quantify the elastic and adhesive contributions, a simple analytical model is used. It enables analytical expressions of the resonance frequency shift and dissipation that can be measured in the atomic force microscopy dynamical frequency modulation mode. It includes the nanotube adhesive contribution to the frequency shift. Experimental data for single-wall and multi-wall carbon nanotubes compare well to the model predictions for different oscillation amplitudes. Three parameters can be extracted: the distance necessary to unstick the nanotube from the surface and two spring constants corresponding to tube compression and to the elastic force required to overcome the adhesion force

Molecular mechanics investigations of carbon nanotube and graphene sheet interaction

The interaction between a carbon nanotube ͑CNT͒ and a graphene sheet is investigated to describe the contact properties between a CNT atomic force microscope ͑AFM͒ tip and a graphite surface. The energy of the whole system is calculated using MM+ molecular mechanical modeling. With the numerical calculations, one explores the sliding motion of the CNT on the graphene sheet either at the CNT apex or with a given CNT length contacting the surface. The aim is to mimic the AFM CNT tip scanning a graphite surface. To do so we calculate the energy barriers, the tips have to overcome to achieve a full translation. The results show that the barrier heights markedly depend on the contact length between the CNT and the graphene but show a weak dependence, if any, on the CNT tube diameter

Molecular mechanics investigations of carbon nanotube and graphene sheet interaction

The interaction between a carbon nanotube ͑CNT͒ and a graphene sheet is investigated to describe the contact properties between a CNT atomic force microscope ͑AFM͒ tip and a graphite surface. The energy of the whole system is calculated using MM+ molecular mechanical modeling. With the numerical calculations, one explores the sliding motion of the CNT on the graphene sheet either at the CNT apex or with a given CNT length contacting the surface. The aim is to mimic the AFM CNT tip scanning a graphite surface. To do so we calculate the energy barriers, the tips have to overcome to achieve a full translation. The results show that the barrier heights markedly depend on the contact length between the CNT and the graphene but show a weak dependence, if any, on the CNT tube diameter

High Speed AFM and NanoInfrared Spectroscopy Investigation of Aβ1–42 Peptide Variants and Their Interaction With POPC/SM/Chol/GM1 Model Membranes

International audienc