Carbon nanotubes (CNTs) have gathered a lot of interest because of their extraordinary mechanical, electrical and thermal properties and have potential applications in a wide variety of areas such as material-reinforcement and nano-electronics. The properties of nanotubes are dependent on their diameter and methods for determining this using atomic force microscopy (AFM) in tapping mode assume that the measured height of the tubes represent the real diameter. Based on early, faulty calculations, the forces in tapping mode were assumed to be much lower than in contact mode, however it was later shown that forces in tapping mode can at point of impact rival the forces present in contact mode. This means that there is a potential risk of tube deformation during tapping mode measurements, resulting in incorrectly determined diameters. This work studies CNTs deposited on a silicon-substrate to analyze the effect of three common AFM settings (tapping frequency, free oscillation amplitude and setpoint) to determine their effect on measured CNT diameters and recommendations for choosing settings are given. / Kolnanorör har skapat mycket intresse på grund av sina extraordinära mekaniska, elektriska och termiska egenskaper och har lovande tillämpningar inom en mängd olika områden så som materialförstärkning och nanoelektronik. Kolnanorörens egenskaper påverkas kraftigt av deras diameter och de metoder som använder sig av atomkraftsmikroskopi(AFM) för att mäta diametern hos rören antar att den höjd-data man får fram är ett bra mått på den verkliga diametern hos rören. Baserat på tidiga, felaktiga beräkningar, antog man att kraften i ’tapping mode’ skulle vara mycket lägre än i ’contact mode’ vilket skulle leda till att man inte deformerar ytan man undersöker. Senare forskning visade att kraften mellan spets och prov kan vara lika stor eller rentutav större i tapping mode än i contact mode under det ögonblick då spetsen slår ner i provytan. Det medför att det finns en potentiell risk för att man deformerar kolnanorören när man mäter på dom vilket skulle resultera i att man får felaktiga värden på deras diametrar. Under det här projektet har kolnanorör som placerats på ett kisel-substrat undersökts för att analysera hur tre vanliga inställningar hos AFMet påverkar de erhållna värdena för diametern hos kolnanorören. De tre inställningarna som testats är svängnings-frekvensen, svängnings-amplituden i luft och börvärdet hos svängnings-amplituden.

Compartmentalization of cell membranes, in particular of the apical membrane of columnar epithelia, is the topic of this thesis. The first part characterizes the apical membrane and its specialized organization and morphology, whereas the second part focuses on the formation of this unique plasma membrane domain during epithelial polarization. The apical membrane of columnar epithelia is enriched in glycosphingolipids, a class of lipids that are known to interact with cholesterol to form liquid ordered domains, also termed "rafts", in cell membranes. Imaging the apical surface of untreated and raft lipid depleted MDCK cells with atomic force microscopy revealed that raft lipids are involved in the formation and/or maintenance of microvilli, actin based protrusions of the apical plasma membrane, indicating a regulatory link between membrane domains and the cytoskeleton. Furthermore, antibody patching and photobleaching experiments performed during the work of this thesis suggest that the organization into raft and non-raft domains is very different in the apical membrane of MDCK cells compared to the plasma membrane of a fibroblast. In fact, the data support the hypothesis that the apical membrane could be a percolating raft membrane in which rafts constitute the major phase and non-raft domains exist as isolated entities. The second part of this thesis analyses the segregation of apical and basolateral membrane domains during epithelial polarization. This segregation can either be achieved by generating scaffolded domains prior to junction formation or by polarized secretory and endocytic membrane traffic after the establishment of cell junctions. While most apical and basolateral marker proteins in MDCK cells follow the latter mechanism, this thesis reports that the apical marker gp135 is confined to the dorsal face already in single attached cells. The unknown antigen was purified and identified as podocalyxin. Analysis of a series of domain mutants revealed that the C-terminal PDZ-binding motif of podocalyxin is mainly responsible for its special localization, which it shares with the PDZ protein NHERF-2. Knocking down podocalyxin by RNA interference resulted in retardation of cell growth and epithelial polarization. Taken together, the data suggest that podocalyxin and NHERF-2 could be part of an early apical polarity scaffolding system based on PDZ-binding and PDZ-containing proteins.

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Cette thèse rapporte l’étude des propriétés physicochimiques des nanoparticles polymériques et leur impact sur l’interaction avec les cellules vivantes. Nous nous sommes tout spécialement attachés à étudier l’effet des propriétés adhésives et mécaniques des nanoparticules sur leur capacité de pénétration de la membrane cellulaire. Pour ce faire, nous avons tout d’abord utilisé des nanoparticules d’acide polylactique (PLA) fonctionnalisées en surface avec un ligand des sélectines E et P. Le greffage du ligand sur la particule s’est fait par une nouvelle méthode expérimentale garantissant la présence du ligand à la surface de la particule durant toute sa durée de vie. Cette méthode consiste à mélanger un polymère fonctionnalisé avec le ligand avec un autre polymère non fonctionnalisé. La présence du ligand à la surface des nanoparticules formées à partir de ce mélange de polymères a été confirmée par analyse ToF SIMS. Nous avons pu prouver que les particules possédant le ligand greffé à leur surface démontraient une capacité adhésive supérieure à leurs homologues non fonctionnalisés sur des cellules endothéliales HUVEC activées par différentes drogues. De plus, le captage des particules par les cellules HUVEC est modulé par le niveau d’expression des récepteurs selectine E et P et aussi par la quantité de ligand libre. Ces résultats montrent clairement que le greffage du ligand confère aux particules des propriétés adhésives accrues et spécifiques ce qui permet leur usage postérieure comme vecteur pharmaceutique capable de cibler un récepteur particulier à la surface d’une cellule. Nous avons aussi démontré que l’interaction entre les nanoparticules et la membrane cellulaire peut aussi être contrôlée aussi bien par les propriétés mécaniques de la cellule que de la nanoparticule. Dans une première étape, nous avons mesuré à l’aide de l’appareil de forces de surface l’élasticité de cellules macrophagiques déposées sur différents substrats. En contrôlant l’interaction entre la cellule et le substrat sur lequel elle repose nous avons montré qu’il était possible de modifier à ii volonté les propriétés mécaniques cellulaire. Une augmentation de l’élasticité cellulaire s’accompagne d’une augmentation systématique de l’internalisation de nanoparticules de PLA non fonctionnalisées. Ceci suggère un rôle prépondérant des propriétés mécaniques du cortex cellulaire dans le captage des nanoparticules de PLA. Dans une seconde étape, nous avons étudié l’effet des propriétés mécaniques des nanoparticules sur leur capacité de pénétration cellulaire. Pour ce faire, nous avons synthétisé des particules d’hydrogel dont l’élasticité était contrôlée par le degré d’agent réticulant inclus dans leur formulation. Le contrôle des propriétés mécaniques des nanoparticules a été confirmé par la mesure du module de Young des particules par microscopie de force atomique. L’impact des propriétés mécaniques de ces particules sur leur capacité de pénétration dans les cellules vivantes a été étudié sur des cellules macrophagiques de souris. Les résultats ont montré que la cinétique d’internalisation, la quantité de particules internalisées et le mécanisme d’internalisation dépendent tous du module de Young des nanoparticules. Aucune différence dans le trajet intracellulaire des particules n’a pu être observée malgré le fait que différentes voies d’internalisation aient été observées. Ce dernier résultat peut s’expliquer par le fait que les nanoparticules sont internalisées par plusieurs voie simultanément ce qui facilite leur accumulation dans les organelles digestives intracellulaires. Un modèle simple permettant d’expliquer ces résultats a été proposé et discuté. / This thesis reports the study of physical chemical properties of polymeric nanoparticles and their impact on the interaction with living cells. In particular we endeavoured to study the effect of the adhesive and mechanical properties of the vector on its capacity of penetration of the cellular membrane. With this intention, we firstly used nanoparticules of polylactic acid (PLA) functionalized on their surfaces with a ligand of the selectines E and P receptor. The grafting of the ligand on the particle’s surface was carried out thanks to a new experimental method guaranteeing the presence of the active molecule on the surface of the particle during its whole life cycle. This method consists in mixing a polymer functionalized with the ligand with another polymer not functionalized. The presence of the ligand on the surface of the nanoparticules formed starting from this mixture of polymers was confirmed by ToF SIMS analysis. We could show that the particles having the ligand grafted on their surface exhibit a higher adhesive capacity than their non-functionalized counterpart on endothelial cells HUVEC activated by various drugs. Nanoparticles adhesion on cells membrane was modulated by the level of expression of the receptors selectine E and P and also by the quantity of free ligand. These results show clearly that the functionalized particles possess all the characteristics of a pharmaceutical vector capable of targeting a particular receptor on a cell surface. The interaction between nanoparticules and cellular membrane can also be controlled by the mechanical properties of the cell as well as of the nanoparticule. To demonstrate it we have measured the elasticity of macrophagic cells deposited on various substrates using the SFA. We have thus showed that it was possible to control the cell mechanical properties at will by controlling the interaction between the cell and the substrate on which it rests. An increase of the cell elasticity is accompanied by an increase of the internalization of non-functionalized PLA nanoparticules. This suggests a major role of cytocortical mechanical properties in the capture of hard PLA particles. iv Lastly, we studied the effect of the mechanical properties of the nanoparticules on their cellular penetration capacity. With this intention, we synthesized hydrogel particles whose elasticity was controlled by the degree of crosslinking agent included in their formulation. The control of the mechanical properties of the nanoparticules was confirmed by the measurement of the Young modulus of the particles by AFM. The interaction of these particles with macrophagess showed that the mechanical properties of the particles affect various aspects related to the internalization of the nanoparticles. The internalization kinetics, the quantity of internalized particles and the mechanism of internalization depend all on the Young modulus of the nanoparticules. No differences in the intracellular pathway could be observed in spite of the fact that various pathways of internalization were observed for these nanoparticules. This last result can be explained by the fact that the nanoparticules are internalized by several mechanisms of simultaneously which facilitates their accumulation in intracellular digestive organelles. A simple model explaining these results is proposed and discussed.

With the advancement and accessibility of local probing techniques that can operate at the submicron scale it has become possible to analyse the local corrosion properties of industrially important metallic materials and relate these properties to microstructure characteristics of the same materials. In this doctoral study the focus has been on copper-zinc samples, both as industrial brass alloys and as micro-patterned copper-zinc samples. They have been exposed to dilute chloride solutions and to an atmosphere that mimics indoor conditions that cause corrosion. The main goal has been to investigate micro-galvanic effects caused by surface heterogeneities in the copper-zinc samples, and the corrosion inhibition ability of a self-assembled octadecanethiol (ODT, CH3(CH2)17SH) monolayer when applied to these heterogeneous samples. The local chemistry, local electrochemistry, and local surface chemistry in the presence of the copper-zinc galvanic couplings have been elucidated, and their importance has been investigated for corrosion initiation, propagation, termination, and inhibition. A broad spectrum of local probe techniques has been utilised. They include optical microscopy (ex situ and in situ), electrochemical techniques, scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy, atomic force microscopy, scanning Kelvin probe force microscopy and confocal Raman spectroscopy. In addition, infrared reflection absorption spectroscopy (in situ) and vibrational sum frequency spectroscopy have been employed to analyse the formation of corrosion products and monitor the corrosion kinetics.    A characteristic selective zinc dissolution process was triggered in non-metallic inclusions when a brass alloy was exposed to 1 mM NaCl. Disc-like corrosion areas spread radially outwards from the inclusions, the shape and termination of which was attributed to accessibility to chloride ions. An ODT-layer deposited on brass retarded access to chloride ions at the brass surface and slowed down the radial corrosion process. Instead a delayed formation of filiform-like corrosion was observed.    Upon exposure of the copper-zinc patterned sample to humidified air containing formic acid, micro-galvanic effects were induced by the copper patches on zinc that accelerated the zinc dissolution in the thin aqueous adlayer with concomitant precipitation of zinc formate. The micro-galvanic effects not only resulted in accelerated corrosion rates for zinc, but also in broadening of shapes and atomic structures for the corrosion products formed. Crystalline zinc oxide and zinc formate were observed on the copper-zinc patterned samples, whereas amorphous zinc oxide and zinc formate were formed on the bare zinc surface. Micro-galvanic effects occurred in the two-phase Cu40Zn (Cu with 40 wt% Zn) brass alloy as well, induced by more zinc-rich beta-phase grains surrounded by an alpha matrix with lower zinc-content.    The application of a self-assembled monolayer of ODT for corrosion inhibition of pure zinc and the patterned copper-zinc samples was also explored. In situ infrared reflection absorption spectroscopy analyses showed that ODT initially reduced the rate of zinc formate formation on pure zinc and on the copper-zinc micro-patterned sample. However, the inhibition efficiency was slightly reduced with exposure time due to local removal of ODT on pure zinc and on the micro-patterned samples. This caused micro-galvanic effects that resulted in increased rates of zinc formate formation on the ODT-covered samples – even higher than on the uncovered samples. When applied to the single-phase Cu20Zn alloy, ODT resulted in a corrosion inhibition that was comparable to that of pure copper, a metal for which ODT has shown very good corrosion inhibition. On double-phase Cu40Zn local galvanic effects resulted in less efficient corrosion inhibition and more abundant corrosion products than on Cu20Zn. Based on vibrational sum frequency spectroscopy, the ODT-layer retained its well-ordered molecular structure throughout the exposure to both Cu20Zn and Cu40Zn.    In all, the inhibiting action of the ODT-layer was attributed to the transport hindrance of corrosion promoters (O2, H2O, and HCOOH) to the brass surface. This result suggests that ODT can function as a temporary corrosion inhibitor for brass exposed to benign indoor environments. / Med utvecklingen av och tillgången till lokala analysmetoder som kan ge information med en lateral upplösning på mindre än en mikrometer har det blivit möjligt att analysera lokala korrosionsegenskaper hos industriellt viktiga metalliska material och relatera dessa egenskaper till mikrostrukturen hos samma material. I doktorsavhandlingen har denna möjlighet utnyttjats för koppar-zinkprover, dels som industriella mässingslegeringar dels som mikro-mönstrade koppar-zinkprover, som exponerats för utspädda kloridlösningar samt för en atmosfär som kan efterlikna den atmosfäriska korrosionen inomhus. Det huvudsakliga målet har varit att undersöka dels mikro-galvaniska korrosionseffekter som orsakas av heterogeniteter på koppar-zinkytorna dels korrosionsförmågan hos självorganiserande monolager av oktadekantiol (ODT, CH3(CH2)17SH) vid adsorption på dessa heterogena ytor. På så vis har den lokala kemin, ytkemin och elektrokemin kunnat klarläggas i närvaro av galvaniska effekter, och dess betydelse har undersökts för korrosionsprocessens initiering, propagering, terminering och inhibering. Ett brett spektrum av lokala analysmetoder har utnyttjats. De innefattar ljusoptisk mikroskopi (ex situ och in situ), elektrokemiska metoder, svepelektronmikroskopi med energidispersiv röntgen-spektroskopi, atomkraftsmikroskopi för mikro-kartering och Voltapotentialmätningar samt konfokal Raman-spektroskopi. Dessutom har infrarödreflektions absorptionsspektroskopi (in situ) och vibrationssummafrekvens spektroskopi (engelska: vibrational sum frequency generation) använts.    När en mässingslegering exponerades för 1 mM NaCl observerades en selektiv utlösning av zink med karakteristiskt utseende som växte radiellt från icke-metalliska inneslutningar för att bilda cirkulärt formade korrosionsområden. Formen och termineringen av denna korrosionsprocess bestäms av tillgången på kloridjoner. När ett monolager av ODT adsorberades på mässingslegeringen hämmades tillgången av kloridjoner på mässingsytan och den radiella korrosionsprocessen stannade upp. Istället iakttogs en fördröjd bildning av s.k. filiform korrosion.    Vid exponering av mikro-mönstrade koppar-zinkprover för befuktad luft med låga tillsatser av myrsyra inducerades mikro-galvaniska effekter i gränsen mellan koppar och zink som accelererade utlösningen av zink i den adsorberade fuktfilmen på provet, under samtidig utfällning av zinkformat. De mikro-galvaniska effekterna resulterade inte bara i förhöjda korrosionshastigheter jämfört med de på ren zink, utan även i andra faser hos bildade korrosionsprodukter. På de mikro-mönstrade koppar-zinkproverna bildades kristallint zinkoxid och zinkformat, under det att amorft zinkoxid och zinkhydroxyformat bildades på ren zink. Mikrogalvaniska effekter observerades även i den tvåfasiga mässingslegeringen Cu40Zn (Cu med 40 vikt-% Zn) orsakade av kontakten mellan den mer zinkrika beta-fasen och den omgivande alfa-fasen med lägre zinkhalt.    Appliceringen av ett självorganiserat monolager av ODT för korrosionsinhibering av ren zink och koppar-zinkprover har också undersöks. In situ infrarödreflektions absorptionsspektroskopi visade att adsorberat ODT initialt hämmade bildningen av zinkformat på ren zink och på de mikro-mönstrade koppar-zinkproverna. Med tiden minskade ODTs korrosionsinhiberings-förmåga på grund av att ODTs vidhäftning lokalt försvann. De mikro-galvaniska effekter som därigenom uppstod resulterade i bildandet av zinkformat som med tiden blev snabbare på de ODT-belagda proverna än på motsvarande prover utan ODT. När ODT applicerades på den enfasiga mässingslegeringen Cu20Zn resulterade detta i en korrosionsinhibering som var jämförbar med den på ren koppar, en metall på vilken ODT tidigare visat mycket bra korrosionsskydd. På den tvåfasiga mässingslegeringen Cu40Zn ledde lokala galvaniska effekter till en mindre effektiv korrosions-inhibering och en rikligare mängd korrosionsprodukter än på Cu20Zn. Baserat på vibrationssummafrekvens spektroskopi behöll ODT-lagret dess välordnade struktur under hela exponeringen på både Cu20Zn och Cu40Zn.    ODTs korrosionsinhibering tillskrivs främst transport-hämningen av korrosionsstimulatorer (O2, H2O och HCOOH) till mässingsytan och antyder att ODT kan fungera som en temporär korrosionsinhibitor för mässing i milda inomhusmiljöer. / <p>QC 20140915</p>

Das chemisch-mechanische Planarisieren (CMP) in der Halbleiterindustrie ist ein Prozess mit sehr vielen Einflussgrößen, wobei das Polierergebnis unter anderem von den Eigenschaften der Wechselwirkungskomponenten Wafer, Poliersuspension und Polierpad abhängig ist. Bei der Entwicklung neuer Schaltkreisentwürfe werden die strukturellen Abhängigkeiten der Topografie nach dem CMP häufig im Verlauf von zeit- und kostenintensiven Lernzyklen aufgedeckt und angepasst. Um Dauer und Kosten für die Entwicklung neuer Schaltkreise zu reduzieren, sollte im Rahmen eines BMBF-Projektes ein umfassendes Gesamtmodell, welches den Polierprozess ausführlich beschreibt, entwickelt werden. Für die Umsetzung dieses Vorhabens ist ein umfassendes qualitatives und quantitatives Verständnis der mechanisch-hydrodynamischen und physikalisch-chemischen Mechanismen zu erarbeiten, welche den Materialabtrag und die Planarisierung beim CMP bestimmen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es zum einen, mittels direkter Kraftmessung am AFM die Wechselwirkungskräfte zwischen den Festkörperoberflächen von Schleifpartikel und Wafer sowie zwischen den Schleifpartikeln untereinander in CMP-relevanten Flüssigkeiten und ihre Bedeutung für das CMP zu untersuchen. Um die Wechselwirkungskräfte am AFM bestimmen zu können, war zuvor die Entwicklung einer geeigneten Versuchsanordnung nötig. Zur Absicherung der Ergebnisse aus den Kraftmessungen wurde eine Methode erarbeitet, um die zwischenpartikulären Wechselwirkungen mittels rheologischer Untersuchungen indirekt bestimmen zu können. Des Weiteren fanden rheologische Messungen zur Untersuchung der Fließeigenschaften der Poliersuspensionen statt, wobei außerdem der Einfluss anwendungsrelevanter hydrodynamischer Kräfte auf die Stabilität der Poliersuspension zu überprüfen war. Als Poliersuspensionen kamen kommerziell verfügbare Slurries sowie eine Modellslurry zum Einsatz. Neben Systemen mit dispergierten Silica-Partikeln wurde auch eine Slurry mit Ceria-Partikeln als disperse Phase betrachtet. Die kontinuierliche Phase einer Poliersuspension ist ein Mehrkomponentensystem und enthält unterschiedlichste Additive. Untersucht wurde der Einfluss von pH-Wert und Elektrolytkonzentration auf die Wechselwirkungskräfte, das Fließverhalten sowie den Materialabtrag.

Le développement récent des nanotechnologies a apporté un renouveau dans le domaine de recherche de la thermoélectricité. Ces dernières années, de nombreux travaux théoriques et expérimentaux ont montré qu’il était possible d’améliorer grandement le facteur de mérite ZT en utilisant des structures semi-conductrices de basse dimensionnalité. Plus particulièrement, les nanofils de Silicium ont été présentés comme de bons candidats pour des applications thermoélectriques. De nombreuses études ont effectivement souligné le fait qu’il est possible de réduire la conductivité thermique au sein des nanofils sans altérer le transport électrique, ce qui va bien évidemment dans le sens d’une amélioration du facteur de mérite. Cependant, il existe peu d’études expérimentales permettant de confirmer ces affirmations. Ici, nous proposons des expériences de microscopie thermique à balayage permettant d’effectuer de l’imagerie thermique de nanofils individuels avec une résolution spatiale de l’ordre de 100nm. A partir des images réalisées et d’un modèle décrivant le comportement thermique de la sonde utilisée, nous déterminons la conductivité thermique des nanofils caractérisés. La technique de mesure proposée est actuellement la seule permettant d’effectuer une mesure thermique statistique sur un grand nombre de nanostructures de type nanofil. Nous validons également la faisabilité d’une mesure de conductivité électrique de nanofils individuels par une technique de microscopie de résistance d’étalement. La conductivité électrique est également un paramètre déterminant, à prendre en compte dans l’évaluation du facteur de mérite thermoélectrique. / The recent development of nanotechnologies is like a revival for the field of research on thermoelectricity. Over the past decade, several studies have underlined the fact that the thermoelectric figure of merit can be drastically enhanced in low dimensional semiconductor systems. In particular, silicon nanowires have been recently presented as good candidates for thermoelectric applications. Although bulk silicon is a poor thermoelectric material, by greatly reducing thermal conductivity without much affecting the electrical resistivity, Si nanowires show promise as high-performance thermoelectric materials. However, the experimental investigations on this topic do not abound in literature. Here, we propose experiments based on Scanning Thermal Microscopy which allows us to carry out thermal images of individual Si nanowires with a spatial resolution around 100 nm. Then, a model describing the SThM probe thermal behavior enables us to extract thermo-physical properties from the thermal images and finally to evaluate the thermal conductivity of the individually imaged Si nanowires. The technique proposed here is a promising one to perform statistical thermal conductivity measurements on a wide range of one-dimensional nano-objects with different compositions and geometries. Besides, we validate the feasibility of electrical conductivity measurements on individual Si nanowires, using Scanning Spreading Resistance Microscopy. Electrical conductivity is also a key parameter to determine the thermoelectric figure of merit.

[pt] A integração do grafeno nos dispositivos nanoeletrônicos depende da disponibilidade de processos de deposição de forma direta sobre o substrato. A deposição direta pode fornecer grafeno uniforme, com alta qualidade e em grande área sobre substratos semicondutores como sílicio ou germânio. Nesta tese, foi sintetizado grafeno diretamente sobre germânio dopado tipo p e com uma orientação cristalina (100) empregando a deposição química na fase vapor. Foi estudada a influência da relação de fluxo entre os gases CH4 e H2 no crescimento de grafeno. As técnicas empregadas para verificar a qualidade das amostras e o tipo de crescimento obtido foram a espectroscopia Raman, microscopia de varredura eletrônica, de tunelamento e de força atômica, e a espectroscopia de tunelamento. Determinamos que para as condições empregadas, o crescimento de grafeno sobre germânio é autolimitado, com a deposição de apenas uma única camada, com poucos defeitos na sua rede cristalina e com o nível de Fermi característico de um material com dopagem tipo n. / [en] The integration of graphene into nanoelectronic devices is dependent on the availability of direct deposition processes, which can provide uniform, large-area and high-quality graphene on semiconductor substrates such as Ge or Si. In this dissertation, we synthesized graphene directly on ptype Ge(100) substrates by chemical vapor deposition. The influence of the CH4:H2 flow ratio on the graphene growth was investigated. Raman Spectroscopy, Raman mapping, Scanning Electron Microscopy, Atomic Force Microscopy and Scanning Tunnelling Microscopy/Scanning Tunnelling Spectroscopy were the techniques employed to verify the quality of the samples and the type of growth. We determined that for the conditions employed, the growth of graphene is self-limited, with only a single layer deposition, with few defects in its crystalline lattice and with Fermi level characteristic of a material with doping type n.

Les membranes cellulaires sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires : la diffusion des médicaments et des ions, la transduction des signaux, la génération d'énergie, le développement cellulaire (fusion et fission). Les bicouches phospholipides sont les principaux composants des membranes cellulaires, elles constituent une barrière dynamique protégeant les réactions biochimiques cellulaires. La détermination des propriétés biochimiques et mécaniques des bicouches lipidiques et leur évolution avec les conditions environnementales est nécessaire pour étudier la nature des processus cellulaires et l'influence des agents externes (résistance mécanique, perméabilité et réponse biologique). Pour mener de telles caractérisations, des modèles simplifiés de membrane biomimétique, tels que des bicouches lipidiques supportées (SLB), ont été développés. Parmi les techniques de caractérisation disponibles, la microscopie à force atomique (AFM) a été largement utilisée pour étudier l'organisation nanométrique des SLB dans des conditions physiologiques. AFM peut produire des images à la haute résolution et peut également être utilisé pour quantifier la résistance mécanique des SLB au moyen d'expériences de perforation. Pendant 30 ans, AFM a traversé de nombreux développements. Très récemment, le Mode circulaire AFM (CM-AFM) a été développé à l'Université de Technologie de Compiègne. CM-AFM est capable de générer un mouvement de glissement de la pointe AFM sur l'échantillon à une vitesse élevée, constante et continue et de mesurer les forces de frottement latéral rapidement et exactement simultanément avec les forces verticales. Pour la première fois, le CM-AFM sert à caractériser les échantillons biologiques dans des conditions physiologiques, ce qui permet de mesurer simultanément les forces de poinçonnage et de frottement en fonction de la vitesse de glissement. Il offre pour la première fois la capacité de décrire le comportement de friction des SLB en complément de la force de perforation. En raison du besoin important de mesure quantitative, l'optimisation du protocole CM-AFM a été effectuée en premier. Le protocole d'étalonnage du scanner a été établi avec succès pour assurer la précision de la vitesse de glissement. En outre, le protocole d'étalonnage des pointes, basé sur la méthode de Wedge et un échantillon rayé, est également conçu pour déterminer la constante d'étalonnage de la force latérale. Nous avons utilisé CM-AFM pour mesurer les propriétés tribologiques des échantillons solides pour améliorer l'équipement sous milieu liquide. Ensuite, les propriétés mécaniques (forces de poinçonnage et de frottement) des SLB ont été mesurées en fonction de la vitesse de glissement. Les SLB purs et mixtes ont été préparés par la méthode de fusion des vésicules. Différents médias ont également été utilisés pour étudier l'effet des cations monovalents sur les propriétés mécaniques des SLB. Dans tous les cas, la force de frottement augmente linéairement avec la vitesse de glissement, ce qui nous permet de déduire le coefficient visqueux de frottement. Comme prévu, la force de poinçonnage et le coefficient visqueux de frottement sont influencés par la composition des mélanges de lipides, par la nature des cations en milieu liquide et par la longueur des chaînes hydrocarbonées mais pas de manière similaire. L'interprétation de l'évolution du coefficient de force de frottement visqueux avec le système étudié est particulièrement délicate car la force de frottement pourrait être influencée par les propriétés d'interface ou de volume. Cette problématique sera le défi pour les prochaines études. Néanmoins, nos résultats illustrent la puissance de la technique CM-AFM et ouvre de nombreuses possibilités pour caractériser d'autres échantillons biologiques (cellules et tissus) afin de mieux comprendre les mécanismes élémentaires de friction. / Cell membranes are involved in many cellular processes: drugs and ions diffusion, signal transduction, energy generation, cell development (fusion and fission). Phospholipid bilayers are the main components of cell membranes, they act as a dynamic barrier protecting cellular biochemical reactions. The determination of biochemical and mechanical properties of lipid bilayers and their evolution with environmental conditions is necessary to study the nature of cellular processes and the influence of external agents (mechanical resistance, permeability, and biological response). To conduct such characterizations, simplified biomimetic membrane models, such as supported lipid bilayers (SLBs), were developed. Among the available characterization techniques, atomic force microscopy (AFM) has been widely used to study the nanoscale organization of SLBs under physiological conditions. AFM can yield high resolution images and it can also be used to quantify the mechanical resistance of SLBs by means of punch through experiments. For 30 years, AFM has been through many developments. Very recently, the Circular Mode AFM (CM-AFM) has been developed at the Université de Technologie de Compiègne. CM-AFM is able to generate a sliding movement of the AFM tip on the sample at high, constant and continuous velocity and to measure the lateral friction forces fast and accurately simultaneously with the vertical forces. For the first time CM-AFM is used to characterize biological samples under physiological conditions, allowing the simultaneous measurement of both the punch-through and the friction forces as a function of the sliding velocity. It offers for the first time the ability to describe the friction behavior of SLBs in complement of the punch-through force. Due to the important need for quantitative measurement, optimization of the CM-AFM protocol has been done first. Protocol of scanner calibration has been successfully established to ensure the accuracy of sliding velocity. Besides, the protocol for tip calibration, based on wedge method and a scratched sample, is also made to determine the lateral force calibration constant. We have employed CM-AFM to measure the tribological properties of solid samples to improve the equipment under liquid medium. Then, the mechanical properties (punchthrough and friction forces) of SLBs were measured as function of the sliding velocity. Pure and mixed SLBs were prepared by the vesicle fusion method. Various media were also used to study the effect of monovalent cations to the mechanical properties of SLBs. In all cases, the friction force increases linearly with the sliding velocity allowing us to deduce the friction viscous coefficient. As expected both the punchthrough force and the friction viscous coefficient are influenced by the composition of lipid mixtures, by the nature of cations in liquid medium, and by the length of hydrocarbon chains but not in a similar fashion. The interpretation of the evolution of the viscous friction force coefficient with the studied system is particularly tricky as the friction force could be influenced by interface or volume properties. This problematic will be the challenge for the next studies. Nevertheless, our results illustrate how powerful the CM-AFM technique is and it opens wide opportunities to characterize other biological samples (cells and tissues) to gain a better understanding of the elementary mechanisms of friction.