Adressage et immobilisation de biomolécules sur des surfaces : interaction spot-dans-spot et bioélectrochimie localisée à l'échelle 1-50µm

Adressing and grafting biomolecules on solid surfaces : spot-in-spot interactions and localized bioelectrochemistry at the 1-50µm scale

• Auteur / Autrice : Nathalie Berthet
• Direction : Jean-Marie François, Emmanuelle Trévisiol
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologies
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Liviu Nicu, Pascal Mailley, Ali Ait-Ikhlef, Gérard Goma
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Rossi, André Meister

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanobiotechnologie

Bioélectronique

BioMEMS

Biocapteurs

Biopuces

Mots clés libres

Adressage

Microlevier

Bioplume

Résumé

Le domaine des biopuces et biocapteurs évolue dans le sens de la miniaturisation. La problématique qui apparait alors concerne l’adressage et l’immobilisation des biomolécules sur des structures devenant de plus en plus petites et intégrées dans des environnements fragiles. Le robot Bioplume a été retenu comme méthode d’adressage, pour la pertinence de l’échelle concernée (1-50µm) et le fort potentiel pressenti de la technique. Le dépôt de biomolécules et la technique spot-dans-spot ont été développés, ce qui réduit de 106 à 109 fois les quantités d’échantillons biologiques. Quatre méthodes d’immobilisation ont ensuite été mises en œuvre, afin d’appréhender les performances et les contraintes de chacune : la silanisation par GPTS, l’auto-assemblage d’alcanethiols, l’utilisation du polymère PLLgPEG et enfin l’électrodépôt par oxydation de pyrrole. L’adaptation de cette méthode électrochimique au robot Bioplume a permis d’apporter une solution efficace à la fois en termes d’adressage et en termes d’immobilisation, car la réaction d’immobilisation est réalisée simultanément au dépôt. Elle a donc été retenue pour deux applications : d’abord la réalisation de matrices de cellules isolées, avec détection par SPRi, puis le dépôt sur la section de fibres optiques. Enfin, trois nouvelles pistes dans le domaine de l’électrochimie localisée ont été explorées : l’électrodésorption de PLLgPEG, la miniaturisation des gouttes grâce à des pointes nanométriques, et enfin l’électrodépôt sur des microélectrodes dédiées. L’une des perspectives principales est la valorisation industrielle du robot Bioplume. Un nouveau prototype est ainsi développé afin de produire des biopuces à haute densité

The trend towards miniaturization of biochips and biosensors raises new issues. Indeed, the surfaces on which biomolecules must be addressed and grafted are getting smaller and smaller, and are also increasingly integrated into more and more complex systems. The Bioplume technology enables surface patterning at the 1-50μm scale. This promising approach was adapted to biomolecules deposition. The spot-in-spot technology was developed and proved to reduce biological samples expenses by 106 -109 times. Several grafting techniques were also carried out (GPTS silanisation, alcanethiols auto-assembly, PLLgPEG grafting and pyrrole electropolymerization), so that difficulties and performances were better clarified. Pyrrole electropolymerization was then adapted to the Bioplume system. This approach proved to be very efficient for depositing and grafting biomolecules on the surface in a single step. Thus, it was applied to the manufacture of single cell biochips and the functionalization of optical fibers. In the end, localised electrochemistry was further explored with three new approaches : PLLgPEG electrodesorption, droplet miniaturization using nanotips, and deposition onto dedicated microelectrodes. The major prospect is the industrial promotion of the Bioplume system. A new prototype will be developed to enable high-density protein chip manufacturing