Dispositifs ultra-sensibles pour le nano-adressage électrique : application à la détection de biomolécules

High sensitivity electrical biodetection using nanoelectrodes based devices : towards the detection of biomolecules

• Auteur / Autrice : Laurent Malaquin
• Direction : Christophe Vieu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomolécules

Biocapteurs

Microélectronique

Mots clés libres

Nanotechnologies

Nanoélectrodes

Détection électrique

Biocapteur

Nanoparticules

Immunodétection

Litographie électronique

Nano-impression

Résumé

Because technology provides the tools and biology the problems, the two should enjoy a happy marriage ! "1. Cette phrase résume parfaitement l'esprit du projet qui a motivé ces travaux de thèse. En effet, le couplage des biotechnologies et des micro et nano technologies, résumé sous le vocable ± Nanobiotechnologies " est une activité en plein essor qui laisse présager de nombreuses applications en particulier dans le domaine de la biodétection. L'objectif principal de ces travaux est dédié au développement de stratégies d'adressage de biomolécules à l'échelle nanométrique pour des applications de biodétection. Le premier aspect de ce travail est d'ordre technologique. Il concerne la fabrication de dispositifs d'adressage basés sur des réseaux de nanoélectrodes planaires. En utilisant un procédé reposant sur l'utilisation de la lithographie électronique haute résolution sur un microscope TEM/STEM, nous avons pu démontrer la fabrication de dispositifs à base de nanoélectrodes présentant des espaces inter-électrodes contrôlables entre 100 et 15nm. Une technique de lithographie alternative, la Nano-Impression est également présentée comme une solution possible à la réplication de nanodispositifs fabriqués par lithographie électronique. La deuxième partie des travaux est dédiée à la mise en place d'un schéma de détection de anoparticules que nous avons développé autour de dispositifs basés sur des réseaux d'électrodes inter-digitées. Avant de nous intéresser à l'utilisation de ces dispositifs pour une application biologique, nous avons étudié leur réponse électrique vis-à-vis de l'adsorption de nanoparticules d'Or par interaction électrostatique. Les premiers résultats obtenus montrent que le schéma de détection permet d'atteindre un niveau de sensibilité ultime au travers d'une mesure directe de la conductance des dispositifs. Certaines expériences montrent en effet la possibilité de mesurer électriquement l'adsorption d'une seule nanoparticule. . .

ABecause 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 "Nanobiotechnologies", 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. . .