Le diamant dopé au bore pour la bioélectroniqueBiocompatibilité et fonctionnalisation

par Charles Agnès

Thèse de doctorat en Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie

Sous la direction de Pascal Mailley et de Franck Omnes.

Soutenue en 2009

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015) , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Institut Néel (Grenoble) (laboratoire) et de Institut nanosciences et cryogénie (Grenoble ; 2008-2018) (laboratoire) .

Le président du jury était Jacques Fouletier.

Le jury était composé de Laurence Mora, Jean-Charles Arnault, Philippe Bergonzo.

Les rapporteurs étaient Dominique Ballutaud, José Antonio Garrido.

mots clés

• Nanotubes de carbone
• Biotine
• Sels de diazonium
• Bio-fonctionnalisation
• Biocompatibilité
• Diamant dopé bore
• Biofunctionalization
• Diazonium salts
• Biotin
• Carbon nanotubes
• Electrospotting
• Biocompatibility
• Boron doped diamond
• Électronique en biologie
• Diamants -- Biocompatibilité
• Biotine
• Sels de diazonium
• Nanotubes

Résumé

Afin de réaliser des électrodes pour des applications en bioélectroniques, des couches minces polycristallines et homoépitaxiées d'orientations (100) et (111) de diamant dopé bore ont été synthétisées. Celles-ci ont été obtenues par CVD assisté par plasma puis caractérisées par cathodoluminescence, Raman et MEB. Une étude préalable de la biocompatibilité du diamant en fonction de différents paramètres (dopage, rugosité et orientation cristalline) a été réalisée par culture de deux lignées cellulaires : fibroblastes et pré-ostéoblastes. La biotine a été greffée en plusieurs étapes, de manière locale par electrospotting via les sels de diazonium. L'utilisation d'un complexe de ruthénium a permis de démontrer que l'épaisseur du film électrogénéré était maîtrisée par chronopotentiométrie d'après les analyses XPS et électrochimique. Enfin, une nouvelle structure hybride nanotubes de carbone/diamant a été réalisée afin d'utiliser les nanotubes comme bras espaceur pour le greffage de la biotine.

Titre traduit

Boron doped diamond for bioelectronics : biocompatibility and functionalization

Résumé

In order to produce electrodes for bioelectronic applications, polycrystalline and homoepitaxial (100) and (111) boron doped diamond films were synthesized. Those films were grown by plasma enhanced CVD and characterized by cathodoluminescence, Raman, and SEM. First, diamond biocompatibility was studied according to different parameters (doping, roughness and crystalline orientation), through the culture of two different cell lines: fibroblasts and pre-osteoblasts. Biotin was locally grafted in several steps, using electrospotting of diazonium salts. Chronopotentiometry, through the electrografting of aryl diazonium-derivatized ruthenium-complex, allows controlling the electrogenerated film thickness as demonstrated using electrochemical and XPS characterizations. Finally, a new hybrid structure carbon nanotubes/diamond was realized and nanotubes were used as spacer arm to graft biotin.