Détection de biomarqueurs par un nanopore intégré dans un dispositif microfluidique

Biomarkers detection using a nanopore integrated with a microfluidic device

• Auteur / Autrice : Izadora Fujinami Tanimoto
• Direction : Bruno Le Pioufle, Laurent Bacri, Juan Pelta
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Photonique et Micro-Nanotechnologies
• Date : Soutenance le 13/09/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Lumière, matière et interfaces (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2020-...)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Mathias Winterhalter
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Balme, Christian Bergaud, Annie Colin, Claude Nogues
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sébastien Balme, Christian Bergaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Molécule unique

Nanopores

Microfluidique

Marqueurs biologiques

Mots clés libres

Nanopore à l'état solide

Microfluidique

Biocapteur

Détection des protéines

Molécule unique

Fonctionalisation par des polymères

Biomarker

Nanopore sensing

Microfluidics

Solid-state nanopore

Protein sensing

Polymer functionalization

Single molecule

Résumé

Les nanopores à l'état solide ont été utilisés comme outils puissants pour effectuer des analyses à l'échelle de la molécule unique. Ainsi, les capteurs electriques à base de nanopores pourraient relever des défis sociétaux dans un vaste domaine, de la santé à l'énergie. Ce système nous ont permis de mieux comprendre et caractériser les interactions biomoléculaires et leurs propriétés chimiques et géométriques dans un environnement contrôlé. La technique nanopore est constitué d'un trou nanométrique placé dans une membrane diélectrique. Chaque fois que l'analyte réside de manière transitoire à l'intérieur du nanopore, une chute de courant ionique peut être détectée et caractérise cet analyte. Cette thèse aborde la chimie de surface des membranes nanopores qui permet, en premier lieu, de mieux contrôler l'état de surface de la membrane pour éviter des interactions non spécifique, et ensuite, avec l'ajout des molécules pour permettre une détection spécifique des nanoparticules. De plus, l'intégration dans un dispositif microfluidique réutilisable, permet de suivre plusieurs étapes de fonctionnalisation et réduire le volume d'échantillon nécessaire pour chaque expérience. Davantage, nous avons fabriqués des nanopores en utilisant la méthode de claquage diélectrique contrôlé (CDB), avec un contrôle de taille de manière simple et peu coûteuse. Par conséquent, nous avons également étudié le confinement et le transport des nucléotides à l'aide d'un nanopore à l'état solide fabriqué par CDB.

Solid-state nanopores have been used as powerful tools to perform single-molecule scale analyses. Thus, electrical sensors based on nanopores could address societal challenges in a vast field, from health to energy. This system allowed us to understand better and characterize biomolecular interactions and their chemical and geometric properties in a controlled environment. The nanopore technique consists of a nanometric hole placed in a dielectric membrane. Whenever the analyte transiently resides inside the nanopore, an ionic current drop can be detected and characterizes this analyte. This thesis addresses the surface chemistry of nanopore membranes, which allows, first, to control of the surface state of the membrane better to avoid non-specific interactions, and then, with the addition of molecules to allow specific detection of nanoparticles. In addition, integrating into a reusable microfluidic device makes it possible to follow several functionalization steps and reduces the volume of samples necessary to the experiment. Moreover, we fabricated nanopores using the controlled dielectric breakdown (CDB) method, with size control, simply and inexpensively. Therefore, we also investigated the confinement and transport of nucleotides using a solid-state nanopore fabricated by CDB.