L’objectif principal de ce chapitre ´etait de d´emontrer qu’il est possible d’utiliser des nanoparticules pour modifier la r´eponse ´electrique d’un dispositif bas´e sur un r´eseau d’´electrodes interdigit´ees. Cet objectif semble atteint `a l’aide d’une m´ethode de d´epˆot bas´ee sur des interactions ´electrostatiques entre la surface et les particules. Nous avons pu v´erifier la compatibilit´e des ´electrodes avec un protocole de greffage simple et identi- fer, de part le tr`es bon ´etat de surface obtenu apr`es greffage, les nanoparticules comme seules responsables de la modification de la conduction ´electrique.
Nous avons pu mettre en ´evidence deux ph´enom`enes majeurs qui conditionnent la r´eussite de la d´etection. Le premier ph´enom`ene concerne la localisation des particules d´epos´ees sur la surface. Nous avons pu remarquer que le d´epˆot s’effectuait de fa¸con pr´e- f´erentielle sur les bords des structures. Cette tendance se traduit, en particulier sur les ´electrodes, par une majorit´e de nanoparticules dispos´ees entre les ´electrodes. Plus exac- tement, les particules semblent adopter leur conformation pour entrer simultan´ement en contact avec les ´electrodes et le substrat. L’origine de ce ph´enom`ene semble complexe et la seule prise en compte des interactions ´electrostatique et de Van der Waals correspon- dant `a l’approche la plus simple du mod`ele DLVO semble insuffisante pour expliquer l’influence de la topologie du substrat sur le d´epˆot. Il est important de noter que les simulations que nous avons pu r´ealiser sont bas´ees sur un syst`eme `a l’´etat statique. Il est probable que la prise en compte des ph´enom`enes li´es `a la dynamique de la particule en solution pourrait permettre de mieux d´ecrire l’influence de la topologie de la surface sur les mouvements d’une particule situ´ee `a proximit´e. Quoi qu’il en soit, il est clair que le guidage des nanoparticules dans l’espace inter-´electrodes est `a l’origine de la modi- fication de la conductivit´e des dispositifs et plus globalement de la r´eussite du sch´ema de d´etection. L’origine de la localisation des particules n’est pas encore claire et pose la question de la r´eussite de la d´etection ´electrique pour des particules immobilis´ees par des m´ethodes diff´erentes que celles mises en jeu dans ce chapitre. Ce ph´enom`ene laisse pr´esager des applications int´eressantes dans le domaine de l’assemblage et de la nano- construction. En effet, la modification de la topographie de la surface semble ˆetre un moyen simple et efficace pour guider l’organisation de nanoparticules pour la formations d’´edifices plus complexes.
Le deuxi`eme aspect concerne l’interpr´etation des ph´enom`enes de conduction entre les nanoparticules et les ´electrodes. Le contact n’est vraisemblablement pas de nature ohmique et met en ´evidence l’influence des mol´ecules pr´esentes `a la fois `a la surface de la particule et du substrat. Nonobstant, le principe de la d´etection semble bien conduire, comme nous l’avions esp´er´e en introduction, `a une d´etection `a tr`es haute sensibilit´e. Une seule nanoparticule est capable de modifier de fa¸con tr`es importante la conductance des r´eseaux d’´electrodes.
Pour l’instant, le faible nombre d’exp´eriences que nous avons pu mener `a ce jour ne nous permettent pas de nous avancer quant `a la r´ealisation de mesures quantitatives. Une interpr´etation des ph´enom`enes de conduction ainsi que la prise en compte de la formation d’agr´egats sur les ´electrodes sont encore n´ecessaires. Toutefois, nous pouvons d’ores et d´ej`a affirmer qu’il est possible de traduire une augmentation de la densit´e de greffage sur un r´eseau d’´electrodes en une variation de conductivit´e facilement mesu- rable.
Ces premiers r´esultats nous confortent dans notre approche et dans la perspective de son utilisation pour une application de biod´etection. La possibilit´e de r´ealiser des mesures directement en solution, la tr`es haute sensibilit´e de la d´etection, la simplicit´e de la mesure sont des atouts essentiels pour r´epondre aux exigences d’un syst`eme de d´etection de biomol´ecules. Dans le chapitre suivant, nous allons tester la compatibilit´e du sch´ema de d´etection avec une m´ethode d’immobilisation des particules bas´ee sur des interactions entre biomol´ecules.
Vers une immunod´etection
´
electrique
Sommaire
4.1 Introduction . . . 143 4.2 Principe de la d´etection d’anticorps . . . 143 4.2.1 Adaptation du sch´ema de d´etection . . . 143 4.2.2 Approche adopt´ee . . . 144 4.3 Protocole exp´erimental . . . 146 4.3.1 Solutions d’anticorps . . . 146 4.3.1.1 Nature des anticorps utilis´es . . . 146 4.3.1.2 Choix des concentrations . . . 147 4.3.2 Immobilisation de la sonde . . . 147 4.3.2.1 Adsorption des anticorps sur la surface des dispositifs . . . 147 4.3.2.2 Protocole exp´erimental . . . 148 4.3.3 Formation du complexe cible-sonde . . . 149 4.3.3.1 Sp´ecificit´e de la reconnaissance . . . 149 4.3.3.2 Protocole exp´erimental . . . 149 4.3.4 Greffage de nanoparticules . . . 150 4.3.4.1 Couplage de nanoparticules et de biomol´ecules . . . 150 4.3.4.2 Protocole de greffage . . . 150 4.3.5 Utilisation de micro-cuves en PDMS . . . 152 4.4 Etude du greffage des nanoparticules : R´´ esultats pr´eliminaires . . . 152 4.4.1 Densit´e de greffage . . . 152 4.4.1.1 Greffage des nanoparticules sur un IgG adsorb´e . . . 152 4.4.1.2 Influence du couplage IgG - Anti IgG . . . 153 4.4.2 S´electivit´e du d´epˆot . . . 154 4.4.2.1 S´electivit´e vis `a vis des mat´eriaux . . . 154 4.4.2.2 Chimio-sp´ecificit´e du greffage . . . 155 4.4.2.3 S´electivit´e du proc´ed´e complet . . . 155 4.4.3 R´esistance du greffage . . . 158 4.4.4 Synth`ese . . . 158 4.5 Etude du greffage sur des ´´ electrodes interdigit´ees . . . 158 4.5.1 Homog´en´eit´e du d´epˆot . . . 158 4.5.2 Conformation des particules sur les ´electrodes . . . 159 4.5.2.1 Observations MEB . . . 159 4.5.2.2 Observations par AFM . . . 160 4.5.3 Etat de surface . . . 161´ 4.5.4 Interpr´etation des r´esultats de greffage . . . 163 4.6 D´etection ´electrique de la formation du complexe cible-sonde . . . 164 4.6.1 Objectifs . . . 164 4.6.2 Evolution de la conductance au cours des ´´ etapes de greffage . . . 164 4.6.2.1 Dispositif vierge . . . 164 4.6.2.2 Dispositif apr`es adsorption du premier anticorps Ig . . . 164
4.6.2.3 Dispositif apr`es incubation du deuxi`eme anticorps . . . 166 4.6.2.4 Dispositif apr`es greffage des nanoparticules . . . 166 4.6.3 Interpr´etations des r´esultats . . . 168 4.6.3.1 Nature du contact . . . 168 4.6.3.2 Lin´earit´e de la d´etection . . . 169 4.6.3.3 S´electivit´e . . . 169 4.6.4 Vers une mesure quantitative . . . 170 4.7 Conclusion et perspectives . . . 174
4.1
Introduction
Dans le chapitre pr´ec´edent, nous avons pu d´emontrer les possibilit´es offertes par l’utilisation de r´eseaux d’´electrodes interdigit´ees pour la d´etection de l’adsorption de nanoparticules m´etalliques. Ces premi`eres exp´eriences mettent en jeu le d´epˆot direct des nanoparticules sur la surface active des dispositifs et semblent d´emontrer un grand niveau de sensibilit´e ainsi que la possibilit´e de travailler avec de faibles volumes de solu- tions. Ces premiers r´esultats sont particuli`erement encourageants au regard des crit`eres que nous avions fix´es dans le premier chapitre pour le d´eveloppement de dispositifs de biod´etection.
Il s’agit d´esormais de tirer partie de ces premiers r´esultats pour adapter le sch´ema de d´etection pour une immunod´etection (ie la d´etection d’un anticorps). Comme nous l’avons vu en introduction, une strat´egie bas´ee sur la formation d’un complexe entre une sonde immobilis´ee sur la surface des dispositifs et une cible `a d´etecter offre de nombreux avantages mais n´ecessite une adaptation du protocole exp´erimental ´etabli dans le chapitre 3.
Les modifications engendr´ees par un nouveau protocole de greffage sont doubles : d’une part, nous pouvons nous attendre `a ce que la pr´esence du complexe cible-sonde modifie la nature des interactions entre la surface et les particules et donc la localisation et l’homog´en´eit´e du greffage des nanoparticules. D’autre part, la nature du contact entre les ´electrodes et les particules sera elle aussi modifi´ee et aura une r´epercution directe sur la signature ´electrique.
Une large partie de ce chapitre sera donc d´edi´ee `a l’´etude de la s´electivit´e du protocole de greffage et son influence sur les modifications de la r´eponse ´electrique des dispositifs, en particulier sur la sensibilit´e de la d´etection.
Les objectifs de ce chapitre concernent ici aussi la validation du sch´ema de d´etection. Ne disposant que de peu d’exp´erience dans l’utilisation de biomol´ecules telles que les anticorps et leur manipulation, les diff´erents protocoles ont ´et´e volontairement simplifi´es de fa¸con `a converger tr`es rapidement vers les premiers tests de d´etection. De nombreuses am´eliorations resteront `a apporter dans les d´eveloppements futurs du sch´ema de d´etec- tion. Toutefois, nous donnerons les premi`eres conclusions quant aux possibilit´es offertes par notre proc´ed´e en comparant nos r´esultats aux crit`eres que nous avons d´egag´es dans le chapitre d’introduction.