4.6 D´etection ´electrique de la formation du complexe cible-sonde
4.6.2 Evolution de la conductance au cours des ´etapes de greffage 164 ´
Le syst`eme de caract´erisation ´electrique utilis´e tout au long des exp´erience est d´ecrit en annexe 4.7 . Les param`etres de mesure et de configuration de l’appareil utilis´e sont ´egalement report´es.
Dans ce paragraphe, nous allons nous int´eresser `a l’´evolution de la conductivit´e des r´eseaux d’´electrodes interdigit´ees au cours des ´etapes de traitement menant au greffage de nanoparticules fonctionnalis´ees. Cette ´evolution est repr´esent´ee sur la figure 4.14. Le dispositif utilis´e est constitu´e comme pr´ec´edemment d’un r´eseau de 39 nano´electrodes inter-digit´ees s´epar´ees de 65nm et pr´esentant une largeur de 35 nm. La surface totale couverte par les ´electrodes est de l’ordre de 10µm2. L’´epaisseur du d´epˆot m´etallique
constituant les ´electrodes a ´et´e ´evalu´ee `a 20nm.
4.6.2.1 Dispositif vierge
Comme nous l’avons vu au chapitre 2, les dispositifs vierges pr´esentent une tr`es faible conductance. Avant le d´ebut des ´etapes de fonctionnalisation, nous observons un niveau de courant difficilement mesurable et inf´erieur `a 100fA `a 1V. Cette valeur correspond `a une r´esistance sup´erieure `a 20T Ω.
4.6.2.2 Dispositif apr`es adsorption du premier anticorps Ig
L’incubation du premier anticorps, la ”sonde”, a ´et´e effectu´ee suivant le protocole pr´esent´e au paragraphe 4.3.2.2. Dans, l’exemple pr´esent´e dans la figure 4.14, nous avons utilis´e un Anticorps de type IgG(A) (Anti-Lapin du singe). Nous n’observons pas de modification mesurable de la conductance du dispositif. La courbe I(V) nous indique toujours une valeur du courant inf´erieure `a 100fA sous 1V. Ces exp´eriences ont ´et´e reproduites avec l’anticorps IgG(B) (Anti-Ch`evre du Lapin) et ont conduit au mˆeme r´esultat.
(a)
(b)
(c)
Fig. 4.14 – Evolution de la conductivit´e d’un r´eseau d’´electrodes interdigit´ees (lar- geur=35nm, pas=100nm, ´epaisseur=20nm) (a) avant adsorption de l’anticorps sonde IgG(A), (b) apr`es adsorption de l’anticorps IgG(A), (c) apr`es incubation de l’anticorps Anti-IgG(A) biotinil´e.
4.6.2.3 Dispositif apr`es incubation du deuxi`eme anticorps
Apr`es adsorption de l’anticorps sonde, la solution d’anticorps cible Anti-IgG(A) est incub´ee sur le dispositif. Apr`es lavage et s´echage, les mesures de conductance ne nous permettent pas de noter une variation mesurable du courant. Le faible niveau de cou- rant (inf´erieur `a 100fA `a 1V) est un facteur important dans notre protocole car il est une confirmation suppl´ementaire du bon ´etat de la surface. Il s’agit d’un r´esultat clef qui nous permettra de donner une interpr´etation claire de l’origine des modifications de conductance ´eventuelles. D’autre part, ce r´esultat met bien ´evidence le caract`ere fortement isolant des prot´eines apr`es leur d´epˆot sur la surface. En effet, nous savons grˆace aux exp´eriences qui vont suivre, qu’`a ce stade du protocole, de nombreux anti- corps recouvrent la surface des ´electrodes et de la silice. Une ´evaluation rapide de la taille de ces prot´eines par rapport `a la s´eparation des ´electrodes nous indique qu’une dizaine de mol´ecules seraient susceptibles de former un possible chemin de conduction entre les ´electrodes. La conductance non mesurable de nos dispositifs avant l’adsorption des nanoparticules montre que la r´esistance intrins`eque des anticorps apr`es le s´echage est sup´erieure au TOhm. Ceci montre qu’un sch´ema de d´etection uniquement fond´e sur la mesure de la r´esistance intrins`eque des biomol´ecules est irr´ealisable. L’utilisation de nanoparticules m´etalliques fonctionnalis´ees ou de tout autre stratag`eme pour augmenter la conductance de nos nanodispositifs est donc un passage oblig´e.
4.6.2.4 Dispositif apr`es greffage des nanoparticules
Nous allons maintenant nous int´eresser `a deux exemples de caract´eristiques ´elec- triques obtenues dans les deux cas de figure envisag´es.
Dans le premier cas, le test ”positif”, nous avons d´epos´e sur la surface un anticorps Anti-Lapin du singe qui pr´esente une grande affinit´e pour l’anticorps fonctionnalis´e biotine. Dans le deuxi`eme cas, le test ”n´egatif”, un anticorps Anti-Ch`evre du Lapin est pr´esent sur la surface. La figure 4.15, r´esume les caract´erisations ´electriques et les observations MEB dans les deux cas.
Int´eressons nous dans un premier temps aux caract´eristiques I(V). Nous voyons tout d’abord que dans le cas du test n´egatif, les niveaux de courants mesur´es sont toujours tr`es faibles et inf´erieur `a 100fA sous 1V de polarisation (R = 10T Ω). Dans le cas posi- tif, par contre, la variation de conductance du dispositif est significative. La valeur du courant d´epasse 800pA `a 1V correspondant `a une valeur de r´esistance de 1.2 GOhms. La diff´erence de conductance entre les cas positifs et n´egatifs est donc de plus de trois ordres de grandeurs. Nous avions observ´e pr´ec´edemment que l’interaction entre les deux anticorps compl´ementaires engendrait une forte densit´e de nanoparticules sur la surface orient´e dans l’espace inter-´electrodes. Nous savons maintenant que ce greffage s’accom- pagne d’une variation des caract´eristiques ´electriques tr`es largement mesurable.
Ces r´esultats interpr´et´es seuls sembleraient d´emontrer une tr`es grande s´electivit´e du protocole de greffage des nanoparticules et paraissent tr`es encourageants pour une application de d´etection. Toutefois, les observations MEB des deux ´echantillons viennent nuancer ces premiers r´esultats. Dans le cas positif, nous trouvons une valeur de densit´e de particules proche de 20 particules/µm2 qui est en bon accord avec les r´esultats de
la section 4.5.1. Par contre, malgr´e les niveaux de courants tr`es faibles associ´es au test n´egatif, nous observons que quelques nanoparticules se sont d´epos´ees sur le dispositif
(a) (b)
Fig. 4.15 – Principe du test immunologique, caract´eristiques ´electriques et images MEB des dispositifs apr`es incubation pendant 45 min d’un anticorps Anti-Ch`evre (Lapin) fonctionnalis´e biotine et greffage des nanoparticules d’Or fonctionnalis´ees Anti-biotine. (Colonne (a) - Exp´erience de contrˆole : la sonde d´epos´ee au pr´ealable est un anticorps AntiBoeuf du Lapin (IgG(B)) qui ne se lient pas `a la cible. Colonne (b) - Test de recon- naissance. L’anticorps sonde est un Anticorps de type AntiLapin du singe (IgG(A))qui reconnaˆıt l’´epitope port´e par la cible.
en se pla¸cant dans l’espace inter-´electrode. Il est difficile d’´evaluer le densit´e de greffage car les particules sont g´en´eralement coagul´ees. Nous avons compt´e 10 particules sur la surface active du dispositif (10µm2). Ces particules sont `a priori susceptibles de modifier
la conductance du dispositif mais n’engendrent pas de modification mesurable de la caract´eristique I(V). Nous avions vu dans le chapitre pr´ec´edent que la d´etection du
greffage d’une seule particule semblait possible. Dans le cas pr´esent, ce r´esultat est remis en cause et son interpr´etation n´ecessite une ´etude plus pr´ecise de la nature du contact entre les nanoparticules et les ´electrodes recouvertes de prot´eines.