Dispositifs ultra-sensibles pour le nano-adressage electrique. Application a la detection de biomolecules - LAAS-Micro Nano Bio Technologies Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2004

Dispositifs ultra-sensibles pour le nano-adressage electrique. Application a la detection de biomolecules

Résumé

" Because technology provides the tools and biology the problems, the two should enjoy a happy marriage ! " 1. This sentence perfectly summarizes the spirit of the project underling this thesis. Indeed, the so-called fiNanobiotechnologies, that couple Micro and Nanotechnologies with biotechnologies, is an emerging domain, potentially vector of many applications as for example in the field of biodetection. The main objective of this work is dedicated to the development of new strategies for addressing biomolecules at the nanometer scale for the development of biodetection applications. The first aspect of this work is technological. Using a planar process on silicon involving high-resolution electron beam lithography and lift-off, we have demonstrated the possible fabrication of nanoelectrodes based devices presenting gaps with controlled dimensions ranging from 100nm down to 15nm. An alternative method to electron beam lithography called NanoImprint Lithography is also presented as a possible way to replicate these devices. The second part is dedicated to the implementation of a nanosystem capable to detect metallic nanoparticles using interdigitated nanoelectrodes array based device. Before applying this procedure to a biodetection application, we have studied the electrical response of these devices versus the immobilization of gold nanoparticles on their active surface. The results indicate that the response is highly sensitive and that the detection of a single nanoparticle is possible using a direct conductance measurement. Finally, these devices were used to achieve the electrical detection of biomolecules labeled with gold nanoparticles. This approach was successfully applied to the electrical detection of antigene/antibody interactions. Combining this method with a conventional detection scheme based on the interaction between a target and a probe molecules, we have demonstrated that the selectivity of the biomolecular recognition can be revealed by the im mobilization of nanoparticles on the surface and finally translated into a drastic modification of the electrical transport through the device. The integration capacities and the compatibility of this detection schema with microfluidics open very interesting perspectives for the development of high sensitive integrated biochips. 1 S. Fields, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol 98, pp 10051-10054 (2001)
" Because technology provides the tools and biology the problems, the two should enjoy a happy marriage ! "1 . Cette phrase resume parfaitement l'esprit du projet qui a motive ces travaux de these. En effet, le couplage des biotechnologies et des micro et nano technologies, resume sous le vocable < Nanobiotechnologies > est une activite en plein essor qui laisse presager de nombreuses applications en particulier dans le domaine de la biodetection. Lobjectif principal de ces travaux est dedie au developpement de strategies d'adressage de biomolecules a l'echelle nanometrique pour des applications de biodetection. Le premier aspect de ce travail est d'ordre technologique. Il concerne la fabrication de dispositifs d'adressage bases sur des reseaux de nanoelectrodes planaires. En utilisant un procede reposant sur lutilisation de la lithographie electronique haute resolution sur un microscope TEM/STEM, nous avons pu demontrer la fabrication de dispositifs a base de nanoelectrodes presentant des espaces inter-electrodes controlables entre 100 et 15nm. Une technique de lithographie alternative, la Nano-Impression est egalement presentee comme une solution possible a la replication de nanodispositifs fabriques par lithographie electronique. La deuxieme partie des travaux est dediee a la mise en place dun schema de detection de nanoparticules que nous avons developpe autour de dispositifs bases sur des reseaux delectrodes inter-digitees. Avant de nous interesser a l'utilisation de ces dispositifs pour une application biologique, nous avons etudie leur reponse electrique vis-a-vis de l'absorption de nanoparticules d'Or par interaction electrostatique. Les premiers resultats obtenus montrent que le schema de detection permet d'atteindre un niveau de sensibilite ultime au travers d'une mesure directe de la conductance des dispositifs. Certaines experiences montrent en effet la possibilite de mesurer electriquement l'adsorption d'une seule nanoparticule. Enfin, la derniere partie de ces travaux est dediee a l'adaptation de ce protocole pour la detection de biomolecules fonctionnalisees par des nanoparticules d'Or. Pour cela, nous avons employe une approche simple basee sur un systeme de reconnaissance entre une molecule cible et une molecule sonde. Ce schema a ete applique a la detection d'interaction antigene/anticorps et nous a permis de transcrire la selectivite de la reconnaissance entre les anticorps dans le depot des nanoparticules qui se traduit par une modification importante de la conductance du dispositif. Les possibilites d'integration ainsi que la compatibilite des dispositifs avec des systemes de microfluidique rendent ce schema de detection particulierement adapte pour le developpement d'un systeme integre de biodetection a tres haute sensibilite. 1 S. Fields, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol 98, pp 10051-10054 (2001)
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  • HAL Id : tel-00009243 , version 1

Citer

Laurent Malaquin. Dispositifs ultra-sensibles pour le nano-adressage electrique. Application a la detection de biomolecules. Physique [physics]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00009243⟩
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