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Thèse Année : 2002

Transport électronique dans l'ADN

Résumé

Electronic transport in DNA This work belongs to the field of molecular electronics. Questions about the electric conduction in DNA was firstly put in 1962 by Eley and Spivey, after the discovery of the double helix structure of DNA by Watson and Crick in 1953. Until now, no consensus has emerged about the electric properties of DNA. Charge transfers over nanometric distances have been studied in solution and are quite well understood. However, direct measurements between electrodes present various behaviors, from induced supraconductivity to insulator or semiconductor. This debate is at the basis of our work. We have studied the electronic properties of DNA deposited over different self-assembled molecular layers on silicon substrates. The first part of the study deals with the preparation of the surface and deposition of DNA. Then, conductivity of DNA is measured between electrodes built on an insulating substrate or thanks to a conducting AFM. In this last case, the AFM tip allows to image the surface and to be used as a second electrode during the electrical measurement. Two kinds of results have been obtained : insulating to conducting behaviors are observed. Resistances are spread out over at least 6 orders of magnitude, from 109 W to 1015 W, but with a lower frequency of appearance for high conductivities. Two points can be put forward to explain such a disparity : on the one hand, production of an electrical contact between the electrode and DNA, on the other hand, DNA deposition method over the surface. Formation of an electrical contact between the electrode and DNA implies some treatments which usually destroy the molecules. This contact can be improved by using piles of DNA molecules to link the evaporated electrode and the studied DNA rope. However, this method adds a high series resistance. Systematic measurements have been realized according to the distance of the AFM tip to the pile of DNA molecules, and to the estimated number of DNA strands in the rope. DNA deposition being a primordial parameter, this point is deeper studied to understand the link between DNA structure and its properties of conduction. Keywords : Molecular electronics, nanobiotechnology, DNA, deposition of DNA, Atomic Force Microscope, conducting AFM, self-assembled monolayer
Transport électronique dans l'ADN Ce travail se situe dans le cadre des recherches en électronique moléculaire. La problématique de la conduction électrique dans l'ADN a été posée en 1962 par Eley et Spivey peu de temps après la découverte de la structure en double hélice de l'ADN par Watson et Crick en 1953. A l'heure actuelle, il n'y a pas de consensus sur les propriétés de conduction à travers l'ADN. Le transfert de charges sur des distances de quelques nanomètres a été étudié en solution et est assez bien compris. En revanche, les mesures directes sur des électrodes donnent des comportements allant de la supraconductivité induite à l'isolant, en passant par semi-conducteur. Notre travail a été motivé par cette controverse. Nous avons étudié les propriétés électroniques de l'ADN déposé sur différentes couches moléculaires auto-assemblées sur des substrats de silicium. La préparation des surfaces et le dépôt d'ADN constituent la première partie de notre étude. La conductivité de l'ADN a ensuite été mesurée entre des électrodes fabriquées sur un support isolant ou par le biais d'un AFM conducteur. Dans ce dernier cas, la pointe de l'AFM permet tout à la fois d'imager la surface et de servir de seconde électrode pendant la mesure électrique. Deux types de résultats ont été obtenus : les comportements vont de l'isolant au conducteur, les résistances s'étalent sur au moins 6 ordres de grandeur, de 109 W à 1015 W, avec toutefois une plus faible fréquence de mesure des conductivités élevées. Deux points permettent d'expliquer cette grande disparité : d'une part, l'obtention d'un contact électrique entre l'électrode et l'ADN et, d'autre part, la méthode de dépôt de l'ADN sur la surface. La formation d'un contact électrique entre l'électrode et l'ADN nécessite des traitements en général destructifs pour la molécule. Ce contact peut être amélioré en utilisant un paquet de molécules d'ADN comme intermédiaire entre l'électrode évaporée et la corde d'ADN que l'on étudie. Cependant, cette méthode ajoute une résistance série importante. Des mesures systématiques ont été réalisées en fonction de la distance de la pointe AFM au paquet d'ADN et du nombre estimé de brins d'ADN dans la corde. Le dépôt de l'ADN étant un facteur primordial, nous concentrons nos efforts sur ce point pour comprendre plus avant le lien entre la structure de l'ADN et ses propriétés de conduction. Mots-clés : Electronique moléculaire, nanobiotechnologie, ADN, dépôt d'ADN, Microscopie à Force Atomique, AFM conducteur, monocouche auto-assemblée
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tel-00003954 , version 1 (10-12-2003)

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  • HAL Id : tel-00003954 , version 1

Citer

Thomas Heim. Transport électronique dans l'ADN. Biophysique [physics.bio-ph]. Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00003954⟩
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