A mesomorphic amphiphilic phthalocyanine derivative used for the functionalization of the grid surface of a field effect transistor

Abstract

A phthalocyanine subunit substituted with four hydroxy- and four methoxy-terminated polyoxyethylene sidechains has been synthesized. Optical microscopy and X-ray diffraction at small angles demonstrate the formation of a birefringent non-crystalline phase. The reaction of the terminal hydroxy groups with methacryloyl chloride affords an amphiphilic photopolymerizable phthalocyanine derivative. This latter has been reacted with the grid surface of a field effect transistor (FET) previously treated with (trimethoxysilyl)propyl methacrylate. The photo-copolymerized membrane has been shown to be approximately 360 Å thick by atomic force microscopy (AFM). The covalently linked polyoxyethylene phthalocyanine derivative has been used as an ion complexing membrane in an ion selective field effect transistor (ISFET). The ISFET characteristics have been determined in water and in a methanol–water mixture (90:10; v:v) for Na⁺ and K⁺. The pH sensitivity of the device has also been measured. The experimental results have been compared with theoretical ones. The model allowed us to determine the total number of binding sites (N_TOT) and the corresponding ion–site complexation constants. Fonctionnalisation d'une grille de transistor à effet de champ par un de′rive′ amphiphile de phtalocyanine formant des me′sophases. Un de′rive′ de phtalocyanine substitue′ par huit chaînes polyoxye′thylènes—quatre d'entre elles se terminant par un groupe hydroxy, quatre autres par un groupe me′thoxy—a e′te′ synthe′tise′. Des observations en microscopie optique et des mesures de diffraction des rayons X aux petits angles de′montrent la formation de me′sophases bire′fringentes avec ce compose′. Les groupes terminaux hydroxy sont ensuite transforme′s en ester me′thacrylique afin d'obtenir un de′rive′ de phtalocyanine photopolyme′risable. Une grille de transistor à effet de champ en silice a e′te′ pre′alablement traite′e à l'aide de (trime′thoxysilyl)propylme′thacrylate. Ceci a permis de greffer le de′rive′ de phtalocyanine sur la surface de SiO₂ par photopolyme′risation. La membrane ainsi obtenue fait environ 360 Å d'e′paisseur. Celle-ci fut de′termine′e à l'aide d'un microscope à force atomique. Le dispositif pre′ce′dent a e′te′ utilise′ pour de′tecter et titrer des ions sodium et potassium fonctionnant ainsi comme un transistor à effet de champ sensible aux ions. Ses caracte′ristiques ont e′te′ de′termine′es dans l'eau et dans un me′lange me′thanol–eau (90:10; v:v). Les modifications dues à des changements de pH ont e′te′ mesure′es. Les re′sultats expe′rimentaux ont pu être mode′lise′s grâce à une approche de′jà de′crite. Celle-ci nous a permis de calculer à la fois le nombre total de sites complexants et la constante de stabilite′ site–cation.