Dispositifs nanofluidiques à électro-préconcentration sélective

Nanofluidics devices for selective electro-preconcentration

• Auteur / Autrice : Sokhna Mery Ngom
• Direction : Anne-Marie Haghiri-Gosnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 13/12/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Claire Smadja
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Marie Haghiri-Gosnet, Claire Smadja, Yong Chen, Katia Grenier, Jumana Boussey, Jean Gamby
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yong Chen, Katia Grenier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanotechnologie

Protéines -- Électrophorèse

Microfluidique

Mots clés libres

Nanofluidique

Nanofabrication

Electrophorèse sur puce

Chimie analytique

Nanofluidics

Nanofabrication

On-Chip electrophoresis

Chemical analysis

Résumé

Détecter des biomolécules à l’état de traces reste l’un des enjeux actuels des biopuces. Les dispositifs nanofluidiques apparaissent aujourd’hui comme une voie prometteuse pour simultanément concentrer et détecter des biomolécules. Cette électro-préconcentration est possible grâce au caractère de perméabilité sélective de la nanofente (ou du nanocanal), qui se comporte sous champ électrique comme un «super-filtre» moléculaire à perméabilité sélective. Ce nanofiltre permet de piéger les analytes en amont ou en aval de la fente, dans l’un ou l’autre des réservoirs (anodique ou cathodique). Au cours de ce doctorat, j’ai développé et étudié des dispositifs nanofluidiques sur la base de deux géométries différentes : des nanofentes horizontales uniques et des réseaux de nanocanaux verticaux, dans une géométrie de code-barres. Pour les nanofentes horizontales, j’ai étudié l’évolution de la conductance en fonction de la force ionique et de la géométrie de la nanofente. Sur la base d’un protocole d’électro-préconcentration assistée en pression, j’ai établi des diagrammes « champ électrique/pression » qui permettent de prédire l’obtention d’un point focal stable où les analytes vont se concentrer. J’ai étudié le rôle de la longueur de la nanofente sur l’observation de ce point focal pour deux molécules modèles, la fluorescéine et l’ovalbumine. Pour les dispositifs à code-barres, j’ai mis au point un procédé de nanostructuration par lithographie électronique couplée à de la gravure profonde et un protocole de collage verre-verre. Les profils d’électropreconcentration obtenus pour différentes nanofentes au sein des codes-barres dynamiques permettent de discuter du rôle de la géométrie sur l’observation du point focal.

Detecting trace biomolecules remains one of the current challenges for biochips. Nanofluidic devices appear today as a promising way to simultaneously concentrate and detect biomolecules. This electropreconcentration is possible thanks to the selective permeability of the fluidic nanoslit, which behaves under electric field as a molecular selective "super-filter". This nanofilter makes it possible to trap the analytes upstream or downstream of the slot, in one or the other of the reservoirs (anodic or cathodic). During this Ph.D., I developed and studied nanofluidic devices based on two different geometries: single horizontal nanoslits and vertical nanochannel arrays, in a barcode geometry. For horizontal nanoslits, I studied the evolution of the conductance as a function of the ionic strength and the nanoslit geometry. Based on a pressure-assisted electro-preconcentration protocol, I have established "electric field/ pressure" diagrams allowing predicting stabilization of a focal point where the analytes will concentrate. I have studied the role of the nanoslit length for two model molecules, fluorescein and ovalbumin. For barcode devices, I developed both a nanostructuration process by electron beam nanolithography coupled with deep etching and a glass-glass bonding protocol. The electroconcentration profils obtained for different nanofentes is discussed based on different dynamic barcodes.