Biocapteurs à base de nanotransistor 0D

0D nanotransistor biosensors

• Auteur / Autrice : Ragavendran Sivakumarasamy
• Direction : Dominique Vuillaume, Nicolas Clément
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nano technologies, acoustique et télécommunications
• Date : Soutenance le 20/04/2015
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microfluidique

Polydiméthylsiloxanes

Transistors à effet de champ

Procédures d'analyse par micropuces

Biocapteurs

Mots clés libres

Sélectivité ionique

Potentiel de surface en liquide

Ionogramme sanguin

Résumé

L’objectif de cette thèse était d’explorer le potentiel des biocapteurs à base de transistors à 1 électron. Depuis l’invention de l’électrode de verre il y a plus de 100 ans, la réponse monotone du potentiel de surface avec le pH est devenue universelle. Aussi, il est bien connu que les mesures de la concentration en ions dans des solutions complexes, de grande importance pour le domaine biomédical, requière des membranes sélectives aux ions. En utilisant ces transistors nanométriques, nous montrons une rupture dans ces concepts avec l’observation d’une réponse en U au pH et la mesure sélective des cations Na+, K+, Ca2+ et Mg2+ dans le sérum sanguin, sans avoir recours aux membranes sélectives. Par ailleurs, les ions divalents ont été mesurés avec une sensibilité deux fois supérieure à la limite de Nernst. Les équations proposées, à l’origine d’une nouvelle méthode pour les mesures sélectives d’ions, peuvent-être étendues à la mobilité électrophorétique. Nous suggérons que ces nanotransistors 0D devraient également permettre des études biomimétiques de la compensation de charge des protéines. Nous montrons enfin que ces composants peuvent être intégrés sur un laboratoire sur puce en PDMS de 1.5 mm x 1.5 mm, qui promet un système de diagnostic sanguin peu couteux et très intégré.

The aim of this thesis was to explore the potential of 0D nanotransistor biosensors. Since the invention of glass electrode a century ago, the monotonic decrease of oxides surface potential with pH has become universal. Also, it is well known that the measurement of ions concentration in complex solutions, of great importance for biomedical field, requires ion-selective membranes. Using these nanometric transistor biosensors, we report a rupture in these concepts with the observation of a U-shape pH response and the selective measurement of Na+, K+, Ca2+ and Mg2+ cations in blood serum, without falling back on selective membranes. In addition, divalent ions were measured with a sensitivity twice of that of Nernst limit. Proposed equations, at the origin of the new method for ion selective measurements, can be extended to the electrophoretic mobility. We also suggest that 0D nanotransistor biosensors are a relevant test bed for biomimetic studies of proteins charge compensation. We finally show that these devices can be ultimately integrated on a mm² PDMS-based lab-on chip, which promises for a cheap and small blood diagnosis system.