DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention se rapporte à un procédé de localisation d'une espèce chimique ou biologique sur un substrat, à un substrat texture susceptible d'être obtenu à partir de ce procédé, ainsi qu'à un microsystème d'analyse et à une biopuce susceptibles d'être obtenus à partir de ce procédé. La présente invention trouve notamment des applications dans la fabrication de substrats servant de supports pour des tests en chimie ou en biologie, en particulier où des surfaces de substrats sont structurés localement pour obtenir des « zones » (« spots » en anglais) où des éléments chimiques ou biologiques peuvent adhérer et/ou se développer en vue de leur analyse et/ou détection.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Les procédés connus de localisation d'espèces chimiques sur un substrat ne sont ni simples, ni de très grande sélectivité : le problème principal est que les cellules, les molécules et les liquides adhèrent un peu partout. Le micromatriçage (« micropatterning » en anglais) d'espèces biologiques, c'est-à-dire le contrôle de la fixation et de la non fixation de cellules ou molécules chimiques ou biologiques sur des zones précises d'une surface est généralement obtenu suivant deux techniques différentes qui sont la photolithographie et l'impression. La technique du « micropatterning » par photolithographie a déjà été largement décrite, comme par exemple dans le document [1] EP-A-I 260 863, « Micropatterning of plasma polymerised polymer », Winther-Jensen Bjoern ; Bouaidat Salim ; Jonsmann Jacques. Elle consiste à former des cavités dans un matériau organique ou inorganique en utilisant les technologies employées dans l'industrie de la microélectronique. Cependant, cette technologie comporte plusieurs inconvénients. En particulier, la photolithographie exige l'utilisation de solvants et de bases qui sont incompatibles avec beaucoup de molécules biologiques. Les équipements nécessaires à la mise en œuvre de cette technologie sont en outre complexes et relativement chers pour les applications biologiques . L'impression (« printing » en anglais) par micro contact (« micro stamping » en anglais) est une autre technique qui a été employée pour réaliser le « micropatterning » d'espèces biologiques sur les surfaces de substrats. En utilisant cette technique, des substrats inorganiques tels que le verre et le silicium ont été micro-matricés en déposant des encres sur leur surface. Dans cette technique, des protéines ont été appliquées sur une surface en réseau dense à partir d'un tampon fabriqué en poly(diméthylsiloxane) pré-enduit. D'autres procédés utilisent la modification localisée de la polarité de la surface en appliquant un tampon spécifique, c'est-à-dire micromatricé, et enduit de produit pouvant modifier localement la polarité du substrat. Le document [2] US n°20030104614, « Micropatterning surfaces of polymeric substrate », Schmalenberg Kristine (US) ; Buettner Helen M. (US) ; Uhrich Kathryn décrit une telle technique. Malheureusement, dans le premier cas, les molécules biochimiques actives sont en contact avec des constituants étrangers pouvant les contaminer et modifier leur comportement. Dans le second cas, la modification localisée de la polarité doit être localisée juste avant la dépose des molécules biochimiques . Cette technique est en outre potentiellement sensible au nettoyage. Ces deux techniques sont en outre basées sur le dépôt d'un film destiné à augmenter la fixation des molécules biologiques dans certaines zones ou d'un film bloquant la fixation des molécules biologiques dans des zones complémentaires, et dans tous les cas le film n'est pas continu sur le substrat ce qui fragilise la tenue mécanique du dépôt (vieillissement et tenue au nettoyage) . Le dépôt de ce ou de ces films requiert de plus du matériel et des appareillages, ce qui prolonge la durée de fabrication du substrat et augmente le coût de sa fabrication. II existe donc, dans le domaine de la fabrication de substrats servant de supports pour des tests en chimie ou en biologie un réel besoin de nouveaux procédés de fabrication qui apportent une solution aux inconvénients précités, et qui permettent en outre de travailler à des échelles qui sont toujours l'

plus réduites au fur et à mesure des perfectionnements apportés aux microsystèmes d'analyse et biopuces.

Exposé de invention La présente invention fournit précisément un nouveau procédé de fabrication de substrats textures pouvant servir de supports pour des tests en chimie ou en biologie qui apporte notamment une solution aux inconvénients précités de l'art antérieur, facile à mettre en œuvre, rapide et présentant un coût réduit. Le procédé de l'invention est un procédé de localisation d'une espèce chimique ou biologique sur un substrat comprenant les étapes suivantes : (a) fournir un substrat ; (b) déposer sur au moins une surface du substrat une couche d'un matériau de formule (α) SiOxCy:H où 0,7 < x < 1,3 et 1,5 < y < 2 ; (c) modifié par traitement ultraviolet ou plasma au moins une zone localisée de la couche de matériau de formule (α) déposée à l'étape (b) en un matériau de formule (β) SiOxiCyi:H où 1,7 ≤ xl ≤ 2,5 et 0,1 < yl < 0,4 ; et (d) mettre en contact lesdites zones localisées du matériau de formule (β) avec une solution de l'espèce chimique ou biologique. La présente invention se rapporte également à un substrat texture comprenant : un matériau de formule (α) SiOxCy:H où 0,7 < x < 1,3 et 1,5 < y < 2 ; et - un matériau de formule (β) SiOxiCyi:H où 1,7 < xl < 2,5 et 0,1 < yl < 0,4. Ce substrat peut comporter en outre, notamment lors de son utilisation, mais aussi pour sa commercialisation, une espèce chimique ou biologique liée au matériau de formule (β) . L'invention concerne le matriçage, ou texturation, de surfaces de substrats, et en particulier le micromatriçage d'espèces chimiques ou biologiques sur des surfaces de substrats . Le substrat est en fait le support sur lequel la couche de matériau (α) est déposée à l'étape (b) du procédé. Il peut s'agir de tout matériau solide connu de l'homme du métier, tel que par exemple les matériaux supports utilisés pour la fabrication des microsystèmes d'analyse et des biopuces. Il peut s'agir d'un substrat organique ou inorganique. Il peut être constitué par exemple d'un matériau choisi dans le groupe comprenant du verre, de la silice, du polycarbonate, du polyméthylméthacrylate (PMMA) , du polystyrène, du copolymère cyclooléfine (COC) , et du polystyrène acrylonitrile (SAN) . Le substrat peut être plan ou non, c'est-à- dire : comporter des microstructurations (canaux, des cavités, des niveaux différents, etc.) réalisant un microsystème (fluidique, mécanique, optique tels que des microsystèmes électromécaniques (MEMS) ou des microsystèmes optoélectromécaniques (MOEMS) ) ; comporter des fonctions électriques, par exemple par dépôt métallique pour des électrodes ; électroniques (circuiterie CMOS (CMOS pour « complementary métal oxyde semi conductor ») ) , optiques (dépôt de couches minces adaptées pour réaliser des miroirs, des zones anti-réfléchissantes, des guides d'ondes, etc.) . Avant l'étape (b) du procédé de l'invention, le substrat peut être nettoyé afin d'améliorer l'adhérence de la couche de matériau (α) à sa surface. Ce nettoyage peut être par exemple un nettoyage chimique, éventuellement suivi d'un traitement thermique. Les techniques de nettoyage en particulier celles utilisées pour la préparation de supports de biopuce, connues de l'homme du métier sont utilisables. Pour ce nettoyage, on peut utiliser tout solvant approprié pour dépoussiérer et/ou dégraisser la surface du substrat, de préférence sans l'abîmer. On peut citer par exemple comme solvant de nettoyage le trichloréthylène, l'acétone, l'alcool éthylique, l'eau désionisée, des solutions acides ou basiques, etc. Le nettoyage peut consister à baigner le substrat dans un ou plusieurs de ces solvants successivement. Le nettoyage est alors généralement suivi d'un séchage. Le nettoyage peut également consister tout simplement à débarrasser le substrat de ses poussières par un jet d'air comprimé. L'étape (b) consistant à déposer sur au moins une surface du substrat une couche d'un matériau de formule (α) peut être réalisée par toute technique connue de l'homme du métier pour déposer ce type de matériau sur une surface. Il peut s'agir par exemple d'un dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (dépôt PECVD) d'un polysiloxane (ou organosilane) . Le polysiloxane est un précurseur du matériau (α) qui se l'

transforme en ledit matériau (α) lors de son dépôt sur la surface du substrat. Le polysiloxane peut être choisi par exemple parmi hexaméthyldisiloxane (HMDSO) et l'octaméthylcyclotétrasiloxane (OMCTS), le tétraméthylcyclotétrasiloxane (TMCTS) . L'utilisation de la technologie de dépôt chimique en phase vapeur plasma (PECVD ou PACVD) permet d'obtenir des épaisseurs de dépôt très fines qui peuvent être inférieures à 50 nanomètres, et même aller jusqu'à 5-10 nm, ce qui garantit une excellente adhésion du dépôt sur tout type de substrat. Une technique PECVD ou PACVD utilisable pour mettre en œuvre la présente invention est décrite par exemple dans le document [3] Svend S. Eskildsen et al., « Plasma CVD : Process capabilities and économie aspects », Surface and Coatings Technology, 116-119 (1999) 18-24. Ce matériau de formule (α) présente la particularité d'être amorphe. Selon l'invention, la couche de matériau de formule (α) peut être déposée sur ladite surface du substrat à une épaisseur de 5 nm à 5 μm. En fait, on comprend aisément que l'épaisseur minimale est une épaisseur qui permet avantageusement de couvrir la, au moins une, surface du substrat, sans laisser de trous. L'épaisseur maximale n'est pas limitée, il est toutefois superflu d'utiliser des quantités trop importantes de matériau pour mettre en œuvre la présente invention. L'étape (c) de modification est réalisée par traitement localisé. Par « localisé (e) », on entend dans la présente « défini (e) ». Dans cette étape, une zone définie, en épaisseur et en surface, de la couche de matériau de formule (α) est transformée en matériau de formule (β) . La taille de la surface du matériau transformé est déterminée essentiellement par la surface du matériau exposée au rayonnement ultraviolet ou au plasma. Le traitement ultraviolet ou le traitement plasma peut être tout traitement connu de l'homme du métier qui induit la transformation du matériau de formule (α) en matériau de formule (β) . Le traitement UV peut également être réalisé par laser. Le traitement est avantageusement réalisé par traitement de type irradiation lumineuse (par exemple UVO : ultraviolet- ozone - l'ozone est créé par les UV) ou par traitement de type plasma (par exemple plasma d'hélium, d'argon, corona, atmosphérique, SF6/C>2 , CH3O2, etc.) . Lorsque le traitement est une irradiation lumineuse, la longueur d'onde est généralement inférieure à 300 nm (seuil à partir duquel l'oxygène moléculaire peut être transformé en ozone) en particulier égale à 184,9 nm et 253,7 nm. Les ultraviolets peuvent être générés par tout moyen connu de l'homme du métier, par exemple par une lampe à faible pression de vapeur de mercure pour le traitement en présence d'ozone. Le traitement ultraviolet peut être réalisé avantageusement en présence d'oxygène. La durée de ce traitement est déterminée notamment par les conditions opératoires utilisées et par l'épaisseur de décomposition souhaitée. Pour des couches de matériaux (α) telles que celles précitées, une durée de traitement de 1 à 20 minutes suffit généralement. La localisation en surface des zones où le matériau (α) est transformé peut être obtenue par exemple en positionnant un masque absorbant autour de ladite, au moins une, zone au cours du traitement. Il peut s'agir d'un masque de type mécanique, par exemple sous forme de cache, ou simplement optique dans le cas d'un rayonnement ultraviolet, utilisé là où le matériau (α) ne doit pas être modifié. Ce masque possède par exemple une ou des ouverture (s) localisant la ou les zones de matériau (α) qui sera (seront) modifiée (s) . On obtient ainsi avantageusement des zones localisées de matériau (β) sans utiliser de technique de photolithographie ou de micro-contact. Le masque peut être constitué d'un matériau choisi parmi un matériau métallique (inox, acier, etc.), du carbone, etc. Le procédé de l'invention consiste donc à déposer un matériau amorphe de type SiOxCy:H sur une surface d'un substrat, dont la composition 0,7 < x < 1,3 et 1,5 < y < 2 (ou le domaine de composition) est déterminée afin que, notamment, des espèces chimiques ou biologiques, par exemple des cellules vivantes, ne puissent pas adhérer à sa surface. Ce matériau est ensuite modifié localement pour obtenir un matériau de SiOxiCyi:H tel que 1,7 < Xi < 2,5 et 0,1 < yi < 0,4 permettant l'adhésion des espèces chimiques et/ou biologiques . Cette nouvelle composition permet par exemple un développement normal de cellules vivantes et est utilisable pour les applications d'analyse biochimiques. l'

L'invention a ainsi pour objet de permettre la localisation d'espèces chimiques ou biologiques en favorisant leur adhésion sur des zones spécifiques de la surface d'un substrat. La localisation est en outre facilitée par une modification de l'énergie de surface, le matériau passant d'un caractère hydrophobe (matériau (α) ) à hydrophile (matériau (β) ) . Selon l'invention, le matériau (β) peut en outre être fonctionnalisé en vue de la fixation sur celui-ci d'une espèce chimique ou biologique. Aussi, la présente invention se rapporte également à un substrat selon l'invention, dans lequel le matériau de formule (β) est ainsi fonctionnalisé. La fonctionnalisation est réalisée par tout moyen chimique connu de l'homme du métier en vue de pouvoir fixer des molécules sur une surface à base de silice. Il peut s'agir par exemple d'une fonctionnalisation destinée à former des groupes silanols, par exemple en vue de la fixation d'acides nucléiques. Ces techniques sont bien connues de l'homme du métier. Selon l'invention, l'étape (d) peut être réalisée par exemple par immersion du substrat obtenu à l'étape (c) dans ladite solution de l'espèce chimique ou biologique, ou par dépôt sous forme de goutte de ladite solution de l'espèce biologique sur ladite zone localisée de matériau (β) obtenue à étape (c) . L'immersion est de préférence faite pendant une durée suffisante pour permettre l'adhésion des espèces chimiques ou biologiques, par exemple des cellules. Le dépôt sous forme de goutte peut être réalisé par exemple par les techniques connues de l'homme du métier pour disposer des gouttes d'une solution sur la surface d'un substrat, par exemple par micropipettage ou au moyen d'un appareil de type jet d'encre (« jet printing » en anglais) . La solution peut être toute solution appropriée pour contenir ladite espèce chimique. De préférence, elle n'est pas corrosive pour le substrat de la présente invention, en particulier pour les matériau (α) et (β) . Il peut s'agir par exemple d'une solution aqueuse, par exemple aussi d'un liquide physiologique, d'une solution tampon, d'un tampon biologique, etc. Il peut s'agir également d'une solution de polymères (Nafion (marque de commerce) , colles comme les colles époxy, les colles conductrices, les résines) , des huiles, des solvants organiques ou inorganiques, des acides organiques ou inorganiques, etc. Cette étape (d) peut être réalisée sans fonctionnalisation, directement sur le substrat de la présente invention. Elle peut aussi être réalisée après fonctionnalisation. Selon l'invention, lorsque l'espèce est biologique, elle peut être choisie par exemple dans le groupe constitué d'une cellule eucaryote, d'une cellule procaryote, d'une protéine, d'une glycoprotéine, d'une enzyme, d'un antigène, d'un anticorps, d'ADN, d'ARN, d'une hormone, d'un tissu vivant, d'un réseau protéique ou glycoprotéique. Selon l'invention, lorsque l'espèce est chimique, il peut s'agir d'un polymère, par exemple organique. Les inventeurs de la présente ont en effet remarqué de manière inattendue que les zones de matériau (β) sont très favorables à l'adhérence et à la croissance de cellules et les zones de matériau (α) très défavorables à leur croissance. La présente invention permet donc de localiser l'adhésion de cellules vivantes . L'ensemble des technologies de photolithographie et de gravure utilisé actuellement ne permet pas d'obtenir un tel comportement. En outre, sur les substrats obtenus par les techniques de l'art antérieur, les cellules adhèrent et se développent souvent indifféremment hors des zones définies par ces techniques. Ce n'est pas le cas dans la présente invention. Le micromatriçage d'espèces biologiques sur une surface trouve un certain nombre d'applications comme par exemple les stratégies combinatoires de criblages, les détecteurs analytiques multiples et la possibilité de moduler les interactions cellule-substrat en dirigeant dans l'espace la croissance de cellules. Le matriçage obtenu par le procédé de la présente invention est stable dans le temps et n'est pas sensible aux différents nettoyages chimiques. En outre, la technique utilisée dans la présente invention est peu sensible au vieillissement du substrat. Le procédé de la présente invention permet avantageusement de traiter des plans non horizontaux et donc des substrats structurés par des micro-canaux fluidiques par exemple. La localisation de zones « hydrophiles » matérialisées par les zones localisées de matériau (β) permet de conférer en plus au substrat des propriétés fluidiques : elle permet une localisation de gouttes de liquide de culture dans les zones adhérentes aux molécules biologiques, remplissage ou définition de capillaires . Le dépôt de molécules chimiques ou biologiques est aisé car les zones non adhérentes (matériau de formule (α) ) sont hydrophobes et celles adhérentes (matériau de formule (β) ) sont hydrophiles. Les solutions de l'espèce chimique ou biologique déposées sont donc très précisément localisées. Il n'y a pas de lithographie ou de dépôt de composés de structuration de la surface, tels que des résines. Le film est continu et conforme à d'éventuelles structurations du substrat. Les propriétés d'adhérence peuvent ainsi être conférées à des surfaces non horizontales. Le procédé de la présente invention peut s'appliquer sur de grandes surfaces, ce qui permet la fabrication collective de dispositifs. Le procédé de l'invention est en outre économiquement très rentable puisqu'il est très simple à réaliser. Un autre avantage de la présente invention est que le matériau SiOxCy:H est transparent en fluorescence X . On peut donc par fluorescence X, par exemple au-dessous d'une lame de verre en tant que substrat, visualiser les cellules marquées ou pas. La présente invention peut être utilisée par exemple pour la fabrication d'une biopuce ou d'un microsystème d'analyse chimique ou biochimique. La présente invention se rapporte donc également à un microsystème d'analyse chimique ou biochimique, ou à une biopuce, comprenant un substrat selon l'invention. En effet, une fois que les espèces chimiques ou biologiques sont liées à la surface du substrat suivant la présente invention, elles peuvent être analysées suivant les procédés connus de l'homme du métier pour l'analyse et/ou la détection de molécules ou cellules à la surface d'un substrat, notamment dans le domaine des biopuces . D'autres applications possibles du procédé de l'invention sont par exemple la localisation de colle (qui représente l'espèce chimique dans le procédé de l'invention) sur une zone hydrophile, par exemple pour le collage d'un capot ; la localisation de gouttes de liquide sur des zones localisées d'une surface d'un substrat pour connecter électriquement deux surfaces, par exemple superposées, par exemple dans un procédé « flip chip » ou pour former une connexion classique en localisant des pistes conductrices ; la localisation d'éléments magnétiques pour un dépôt localisé d'aimants après évaporation d'une goutte de solution comprenant lesdits aimants ; le dépôt sur des zones localisées d'une surface d'un substrat de gouttes formant des microlentilles ou le dépôt sur des zones localisées d'une surface d'un substrat de cristaux liquides dans le domaine de l'optique. Pour la mise en œuvre de ces autres applications, selon l'invention, on utilise avantageusement les protocoles décrits dans les documents suivants en remplaçant le substrat décrit dans ces documents par celui de la présente invention. En d'autres termes, les zones localisées de matériau de formule (β) de la présente invention servent de supports pour mettre en œuvre les procédés décrits dans les documents suivants : - localisation de colle : par exemple collage d'un capot (par exemple joint pour scellement de capot) : WO-A-04/043849 (dépôt de matériau siliconé) ; - localisation de colle : par exemple collage de substrats microstructurés (dépôt de colle) : FR-A- 2 856 047 ; localisation de gouttes de liquide pour connecter électriquement deux surfaces (par exemple hybridation « flip chip » - par exemple dépôt de matériau conducteur) : FR-A-2 748 849 ; - dépôt de gouttes formant des microlentilles ou dépôt de cristaux liquides dans le domaine de l'optique (par exemple lentilles liquides - dépôt de liquide sur un substrat) : FR-A-2 851 052. D'autres caractéristiques apparaîtront encore à la lecture des exemples qui suivent, donnés à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées .

Brève description des figures Figure 1 : représentation schématique d'un substrat textures obtenu suivant le procédé de la présente invention. - Figure 2 : représentation graphique du nombre de cellules en fonction du temps d'incubation pour trois échantillons différents, comprenant tous les trois une couche de matériau de formule (α) (précurseur OMCTS) , et, chacun, différentes durées de modifications de zones localisées en matériau de formule (β) par traitement ultraviolet + ozone (UVO) . Sur cette figure, N = nombre de cellules comptées par ml (voir § E ci- dessous) . Figure 3 : représentation graphique de la comparaison du nombre de cellules après 96 heures de culture pour OMCTS/OMCTS UVO 10 minutes et polycarbonate/polycarbonate + UVO 10 minutes. Figure 4 : photographie montrant l'adhérence localisée de cellules vivantes sur un substrat texture selon l'invention.

EXEMPLES

A- préparation du substrat Le support qui a été utilisé pour mettre en œuvre le procédé de l'invention est une lame de verre. La lame est débarrassée de ses poussières par un jet d'air comprimé.

B- dépôt d'une couche de matériau de formule (α) La lame est introduite dans un équipement PECVD pour réaliser un dépôt de SiO0.7C0.05H0.25• Les conditions de dépôt sont les suivantes : plasma à couplage capacitif OMCTSO (Aldrich, 98%) /He (99.999%) . Puissance RF : 50 watt (0,1 watt/cm2, générateur de puissance advanced energy RFlOS) , pression : 0,2 mBar, débit OMCTS = 2,82xlO"4 mole/min, He : 500 standard cm3, distance inter électrodes : 30 mm, température : ambiante. Une couche de SiO0.7C0.05H0.25 de 50 nm a été déposée.

C- Modification de matériau de formule (α) en matériau de formule (β) par traitement ultraviolet + ozone Trois échantillons identiques sont traités de manières différentes. Les trois échantillons comprennent à leur surface une couche de matériau de formule (α) (précurseur OMCTS) déposée suivant le procédé décrit dans le paragraphe B. La modification localisée du matériau de formule (α) en matériau de formule (β) a été réalisée par traitement ultraviolet (UVO) (modification photochimique) . Dans cet exemple la modification localisée est réalisée par un appareil de nettoyage par UV-Ozone (UVO Cleaner) modèle 342-220 fabriqué par Jelight Compagny (2 Mason, Irvine, CA92618 U.S.A.) . L'appareil fonctionne à l'air ambiant, c'est-à- dire à pression atmosphérique et température ambiante. Une lampe à faible pression de vapeur de mercure, en forme de grille, émettant un rayonnement ultraviolet large, entre autres des bandes dans l'UV profond à 184.9 nm et à 253.7 nm a été utilisée. La lampe a une puissance de 28 μW/cm2 à 6 mm. La température augmente de quelques dizaines de degrés durant le traitement (jusqu'à 50-70° environ) pour une durée d'exposition élevée (supérieure à 20 min) mais n'altère pas, a priori, le processus. La lampe de l'appareil est mise à préchauffer 10 minutes pour obtenir une émission UV optimale. Le substrat est placé dans un emplacement porte échantillons de l'appareil, à une distance de 5 mm à 1 cm environ de la lampe à mercure (comme conseillé dans le manuel de l'appareil) . Dans les différents essais réalisés, l'exposition est supérieure à 1 minute et peut durer plusieurs dizaines de minutes selon les conditions : - si la surface est directement exposée aux UV, à travers un masque mécanique par exemple, l'exposition est de l'ordre de 1 à 10 minutes; en revanche, à travers un masque optique en quartz, par exemple de 2 mm d'épaisseur, qui absorbe une bonne quantité d'UV profonds : environ 50% de perte à 184.9 nm et 20% de perte à 253.7 nm, il faut une exposition de 30 minutes à 2 heures pour obtenir un effet équivalent (le problème est lié à la mauvaise transmittance du quartz dans l'UV profond) . La localisation de la zone irradiée est réalisée en utilisant un masque mécanique en acier. Le masque mécanique est maintenu plaqué sur la lame par un pincement sur les cotés, laissant accessible le motif (trous) aux UV. Des durées de traitement de modification différentes, d'un échantillon à l'autre, ont été réalisées : échantillon 1 : OMCTS + UVO 3 minutes échantillon 2 : OMCTS + UVO 5 minutes - échantillon 3 : OMCTS + UVO 10 minutes Un échantillon témoin est également réalisé : OMCTS sans traitement de modification. La figure 1 annexée est une représentation schématique d'un substrat texture (1) obtenu suivant le procédé de la présente invention. Sur cette figure, la référence (S) indique le support de silicium, (α) indique le matériau de formule (α) (OMCTS) , et (β) indique les zones où le matériau de formule (β) a été formé par modification photochimique du matériau de type (α) .

D- décomposition de matériau de formule (α) en matériau de formule (β) par traitement plasma He Un traitement par un plasma He permet d'obtenir des résultats équivalents voire légèrement meilleurs. Dans ce cas le protocole est le suivant, à la place du protocole du paragraphe C ci-dessus : le masque mécanique est maintenu plaqué sur le substrat par un pincement sur les cotés, laissant accessible le motif (trous) au plasma. Le substrat est introduit dans l'équipement PECVD décrit précédemment puis est directement exposé au plasma. Le traitement au plasma Hélium dure 1 minute, les conditions sont RF 200W, 0,2 mbar, 500 sccm He.

E- Mise en contact du matériau de formule (β) avec une espèce biologique Des cellules ovariennes de hamster (CHO) vivantes ont été mises en solution aqueuse à raison de 7xlO3 cellules/ml. Les substrats des différents échantillons obtenus suivant les protocoles des paragraphes C et D ont été immergés dans la solution. Les substrats textures ainsi recouverts de gouttes de solution de cellules vivantes ont alors été incubés pendant 0, 24, 48, 72 et 96 heures à 370C. Le nombre de cellules adhérentes sur les zones précitées a été compté par comptage manuel soit directement sous le microscope, soit sur des clichés obtenus au microscope aux durées d'incubation 0, 24, 48, 72 et 96 heures, après lavage des échantillons par tampon physiologique. La figure 2 annexée montre les résultats des mesures pour les différents échantillons ayant subi un traitement de décomposition de 3, 5 et 10 minutes. On remarque sur cette figure que la différence du nombre de cellules entre la zone de composition SiOxCyH2 et la zone de composition SiOxiCyiHzi est très importante (facteur 10) après 96 heures d'incubation. Ces résultats montrent clairement la différence d'adhérence de cellules sur un substrat grâce au procédé de la présente invention. Un étalement optimal des cellules (31 μm +/-17 μm) est obtenu avec 3 à 5 minutes de traitement UVO avec un masque mécanique. Avec un traitement plus long, les cellules s'étalent beaucoup moins. L'adhésion cellulaire est très sensible à la présence de charges et de liaisons hydrogène. Dans le cas des substrats OMCTS traités à l'UVO, le comportement optimal observé est obtenu pour des traitements de 3 à 7 minutes, c'est à dire lorsque la proportion de liaisons hydrogène est élevée parmi les interactions polaires. En dessous, les interactions polaires sont trop faibles pour faciliter l'adhésion. Au-dessus de cette durée, le nombre de charges devient très important. Ces charges, a priori négatives, auront tendance à induire une répulsion électrostatique des cellules (chargées négativement à leur surface) qui s'oppose fortement à l'adhésion induite par les liaisons hydrogène. La figure 4 est une photographie montrant l'adhérence localisée des cellules dans des zones de 480 μm de diamètre après 72 heures de culture et un simple lavage des cellules non adhérentes au tampon salin.

F- Comparatif La figure 3 annexée compare des résultats de comptage de cellules adhérentes sur la surface de quatre substrats différents : - une surface obtenue à partir d'un support en polycarbonate traité suivant les protocoles décrits dans les paragraphes (B) et (E) (pas de traitement de modification) ci-dessus (OMTCS) (« AA » pour art antérieur) ; - une surface obtenue à partir d'un support en polycarbonate traité suivant le procédé de l'invention décrit dans les paragraphes (B) à (E) ci- dessus (traitement de décomposition de 10 minutes) (OMTCS + UVO 10 minutes) (matériaux α et β) ; - une surface de polycarbonate (PC) non traitée par le procédé de l'invention. une surface de polycarbonate soumise uniquement au traitement de décomposition de 10 minutes (pas de couche de matériau (α) ) (PC+ UVO 10 minutes) . Le protocole du paragraphe D a été appliqué pour le dépôt de cellules vivantes CHO. Le comptage des cellules a été effectué après 96 heures d'incubation. Le nombre de cellules avant et après traitement UV + ozone ne permet pas d'obtenir une différence de croissance de cellules très importante sur les surfaces en polycarbonate (résultats AA sur la figure 3) qui n'ont pas été traitées suivant le procédé de la présente invention. En revanche, sur la surface traitée par le procédé de l'invention, une nette différence d'adhérence apparaît entre les zones localisées traitées photochimiquement (matériau de formule (α) ) et les zones non traitées (matériau de formule (β) ) . Des résultats similaires sont obtenus avec un support en copolymère cyclooléfine (COC) ou en polystyrène acrylonitrile (SAN) . Sur les substrats traités plasma Hélium, les cellules se multiplient aussi vite mais s'étalent beaucoup plus que sur les substrats traités UVO. Les cellules ont un étalement chiffrable par leur diamètre moyen de 42 μm +/-15 μm sur les substrats traités plasma Hélium, contre 31 μm +/-17 μm sur un substrat traité UVO 3 minutes, et 20 μm +/-3 μm sur un substrat OMTCS sans traitement. 6- Application de la présente invention sur un autre support Dans cet exemple, on remplace le support de verre utilisé dans les exemples A a D précédents par un autre matériau et on applique le procédé de l'invention comme dans les exemples A a D. On montre dans cet exemple, notamment, que le procédé de l'invention fonctionne sur tout type de support, et apporte d'autres avantages encore que ceux précités liés aux caractéristiques du substrat de la présente invention. Le support choisi pour la mise en œuvre de la présente invention est l'électrode d'une pile à combustible, en particulier des piles décrites dans les documents EP-Bl-241432, US-A-4 877 694 et US-A- 4 615 954. En fait, on remplace les couches hydrophiles décrites dans ces documents par le matériau β obtenu à partir du matériau α selon le procédé de l'invention. Pour rappel, les piles à combustible comprennent deux électrodes au sein desquelles ont lieu les réactions de réduction de l'oxygène et d'oxydation d'un combustible qui peut être un gaz ou un liquide. Ces électrodes sont généralement constituées de plusieurs couches. Une première couche support à base de tissu ou de feutre de carbone, imprégnée d'un polymère fluoré ou dérivé possédant un caractère fortement hydrophobe à laquelle est ajoutée une couche de diffusion composée d'un mélange de poudre de carbone et de polymère fluoré. Enfin, la dernière couche dite couche active est composée de carbone, d'un catalyseur et d'un liant polymère. La nature des réactions de réduction de l'oxygène produit de l'eau aux sites catalytiques . Par conséquent, les électrodes commerciales utilisent un liant polymère fluoré dont le caractère hydrophobe permet de repousser l'eau produite, évitant ainsi le noyage des « cathodes ». Si l'eau n'est pas éliminée : la cathode est noyée, ce qui empêche l'oxygène d'accéder aux sites catalytiques. L'apport de combustible liquide ou d'ions réactifs aux électrodes requiert cependant un caractère hydrophile des matériaux employés . Dans le cas où les piles utilisent un combustible liquide comme le méthanol, éthylène glycol ou borohydrure de sodium en solution, le caractère hydrophile de l'électrode permet de faciliter son transport vers les sites catalytiques. Les électrodes commercialement disponibles présentant un caractère hydrophobe limitent ce transport, ce qui fait chuter les performances de la pile. L'énergie de surface des électrodes commerciales est très faible, peu polaire. Elles présentent peu d'affinité avec l'eau qui mouille très peu ce substrat (angle de contact mesuré : 128,8°) . Une autre limitation liée aux électrodes commerciales de caractère hydrophobe réside dans l'assèchement des piles à combustible (par exemple piles de type PEMFC pour « Proton méthanol fuel cell ») utilisant de l'hydrogène. Si ces dernières sont tout à fait adaptées à évacuer l'eau lorsque la densité de courant est élevée, elles le sont moins à faible densité de courant ou au contraire, il est nécessaire l'l'

de conserver l'eau formée afin d'éviter l'assèchement de la cathode et de la membrane. La gestion de l'eau et de l'alimentation des sites catalytiques en réactifs est un facteur primordial des piles à combustibles. Par conséquent, la quantité de liant conditionne l'efficacité de la cathode. L'optimisation de la quantité de liant nécessite de nombreux essais. En effet, celui-ci peut enrober les sites de platine et par conséquent diminuer le nombre de sites « actifs » s'il est employé en trop grande quantité. De même, s'il est utilisé parcimonieusement, électrolyte va noyer les sites « actifs » qui n'auront alors plus accès à l'oxygène. L'équilibre à réaliser entre l'accès à électrolyte et l'oxygène ainsi que l'accès aux électrons est une donnée essentielle de fonctionnement des électrodes. Par exemple dans le document EP-Bl-O 241 432, les auteurs décrivent une cathode à air dont la couche active contient des matériaux hydrophobes et hydrophiles, la couche de diffusion de gaz étant hydrophobe. Ce document décrit la superposition de parties hydrophiles (à base de fibres) , et hydrophobes sous forme de poudre. Elles sont assemblées sous forme de feuilles pour constituer la couche active. De manière un peu différente, dans US-A- 4 877 694 la composition générale des cathodes est basée sur deux couches, une hydrophobe (couche de diffusion gazeuse) et l'autre hydrophile (couche active) ; elle est remplacée par une couche « duale » contenant les matériaux actifs et de diffusion de gaz. l'l'

Le caractère hydrophile est renforcé par l'utilisation de polyères hydrophiles . Dans le document US-A-4 615 954 l'équilibre de perméabilité électrolyte gaz est assuré par un mélange particulier de composants comprenant un carbone à surface développée très élevée. Les procédés décrits dans ces trois documents présentent les inconvénients suivants : - réalisation de couches complexes nécessitant un assemblage de plusieurs couches hydrophobes et hydrophiles. Avec un risque de décollement des couches entre elles ou de formation d'une zone étanche à électrolyte située à la jonction entre deux couches. - adjonction de composés hydrophobes ou hydrophiles sous forme de poudres ou utilisation de matériau à haute surface développée diminuant la cohésion intrinsèque de l'électrode, ce qui favorise sa délamination et donc une baisse de performances. - emploi de deux polymères différents présentant chacun un caractère hydrophile ou hydrophobe et dont la mise en œuvre requiert une étape de mélange homogène supplémentaire.

Comme on le montre dans cet exemple, la présente invention résoud ces trois inconvénients simultanément. Dans le but de maintenir un équilibre entre la perméabilité à électrolyte liquide et le gaz réactif, Les inventeurs modifie grâce au procédé de la présente invention, l'énergie de surface des électrodes. l'l'l'

La présente invention permet en effet de rendre les surfaces traitées super hydrophile. Cela permet ainsi d'une part d'assurer le transport des combustibles polaires vers les sites catalytiques et ainsi accroître les performances électrochimiques des piles à combustible (par exemple de type DMFC (« direct methanol fuel cell ») , DEFC, PAFC, SAFC, etc..) et d'autre part de limiter l'assèchement des piles à combustibles à protons (par exemple de type PEMFC) lorsque ces dernières travaillent à haute tension (fort rendement) . Ainsi, le procédé de l'invention permet d'améliorer la stabilité de leur performance. Les inventeurs on modifié une des faces de la cathode pour la rendre plus hydrophile suivant le protocole décrit dans les exemples précédents. Ceci à permis de favoriser l'accès de électrolyte aux sites réactifs de la cathode sans limiter la diffusion de l'oxygène provenant de la face non traitée. L'utilisation de polymères halogènes hydrophobes en quantité suffisante permet à la fois de garantir 1'hydrophobicité de la cathode et la cohésion de celle- ci. La modification est générée par un traitement plasma ou dépôt ultramince d'une couche super hydrophile conforme à la présente invention. Ce traitement est appliqué uniquement sur la face de l'électrode en contact avec électrolyte ou le combustible liquide. La diffusion de électrolyte ou du combustible dans la cathode est alors améliorée sur une faible épaisseur. Des essais réalisés dans cet exemple ont permis de valider la modification de pénétration de 1'électrolyte sur une cathode puisque un traitement de plasma d'hélium a permis de modifier l'angle de contact (interface solide électrolyte) de 128 à 26°. De même, avec un plasma oxygène l'angle de contact mesuré est alors de 36,2°. Un dépôt plasma de matériau super hydrophile (SiOx) conforme à la présente invention a permis de valider un mouillage total. Des essais de polarisation ont montré une densité de courant améliorée de 3% pour un traitement plasma hélium. La présente invention concerne donc également une pile à combustible comprenant un électrolyte et des électrodes, dans laquelle la mouillabilité d'au moins une des électrodes est modifiée par un procédé comprenant les étapes suivantes : (a) fournir une électrode qui sert de substrat ; (b) déposer sur au moins une surface du substrat une couche d'un matériau de formule (α) SiOxCy:H où 0,7 < x < 1,3 et 1,5 < y < 2 ; (c) modifier par traitement ultraviolet ou plasma au moins une zone localisée de la couche de matériau de formule (α) déposée à l'étape (b) en un matériau de formule (β) SiOxiCyi:H où 1,7 ≤ xl ≤ 2,5 et 0,1 < yl < 0,4. Selon l'invention, la cathodes ou l'anode peut donc avoir été traitée par plasma, par exemple par plasma d'hélium ou d'oxygène. Toutes les l'

caractéristiques de ce procédé sont déjà décrites dans la partie « exposé de l'invention » de la présente. Les piles à combustibles peuvent être toutes celles connues de l'homme du métier, par exemple celles décrites dans les documents précités . Ainsi, cet exemple démontre les avantages suivants du procédé de l'invention : Augmentation du nombre de sites catalytiques accessibles, permettant une augmentation de la densité de courant de l'électrode ; Utilisation de cathodes avec un taux de liant élevé (20 à 70%) qui permet une meilleure cohésion améliorant la durée de vie de l'électrode. Limitation du nombre de polymères utilisés ; le choix de la technique de plasma ou de dépôt permet en modifiant les paramètres d'ajuster l'équilibre de perméabilité de électrolyte à différents taux de liant (de 10 à 70%) .