Fibres d’ADN

Nous avons effectuées quelques mesures préliminaires sur des fibres d’ADN déposées sur des électrodes ou suspendues entre deux pointes. On atteint de manière reproductible des courants de l’ordre de 0.1nA pour 1V. Le courant disparaît lorsqu’on met la fibre sous vide, suggérant une conduction par le solvant qui entoure l’ADN.

Les fibres se préparent en laissant sécher une goutte de solution d’ADN concentré (0.25g/ml). Lorsque la consistance de la goutte ressemble à un gel, on peut fabriquer une fibre en trempant un objet (par exemple une pointe de micro manipulateur) dans la solution et en l’enlevant doucement. Une fibre se forme ainsi entre la goutte d’ADN et la pointe. Cette fibre peut être posée entre des électrodes (cf. figure IV.24). On peut également former une fibre suspendue directement entre deux pointes conductrices (pour les mesures électriques) en les trempant dans la solution d’ADN. On piège alors une micro goutte entre les deux pointes. Il suffit alors de les éloigner pour former une fibre suspendue. Les fibres suspendues sont plus

pour les fibres suspendues (cf. figure IV.25).

Les mesures de courant sur des fibres déposées sur une surface donne une forte hystérésis. Le courant est le plus important lorsque la tension augmente ou diminue à partir de zéro. On peut observer une bosse en positif et en négatif. En revanche l’intensité après la bosse reste faible. On peut attribuer ce comportement à une saturation de la surface des électrodes par des contre ions qui écrantent le champ électrostatique et bloque la conduction. Comme l’espace entre les électrodes est plus grand que la taille des molécules, la conduction par l’ADN est défavorisée.

On notera que les mesures faites après quelques heures sont plus reproductibles et donnent plus de courant que celles faites immédiatement après le dépôt de la fibre (cf. figure IV.24). L’explication de ce comportement est certainement une relaxation des contraintes imposées à la fibre juste après le dépôt. La conductivité que l’on peut déduire de ces mesures est de l’ordre de 10^-5 (Ωcm)-1.

Pour les fibres suspendues on a un comportement ohmique sur une zone réduite de tension : entre -1V et 1V. La figure IV.24 donne les résultats obtenues sur une fibre d’environ 50µm de long. Il est difficile d’estimer le diamètre de la fibre (environ 1µm).

On peut déduire de la partie linéaire de la caractéristique une conductivité volumique de l’ordre de 10^-5 (Ωcm)-1. Cette valeur de conductivité est 30 fois supérieure aux mesures présentées précédemment sur des cordes d’ADN en AFM conducteur (cf. paragraphe III.5.2.). Elle est en accord avec la valeur de conductivité volumique observé par Nakayama [Nakayama 2001] (cf. chapitre I) lorsque les molécules d’ADN sont trop petites pour ponter les électrodes.

Dans les deux types d’expérience ADN posé sur une surface et ADN suspendu, le courant disparaît si on déshydrate la fibre (humidité relative faible ou avec un flux d’azote sec).

-10 -5 0 5 10 -1,50E-009 -1,00E-009 -5,00E-010 0,00E+000 5,00E-010 1,00E-009 1,50E-009 Intensi té en A Tension en V Fibre d’ADN suspendue de 50µm de long et environ 1µm de diamètre -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 -2,50E-010 -2,00E-010 -1,50E-010 -1,00E-010 -5,00E-011 0,00E+000 5,00E-011 1,00E-010 1,50E-010 Intensit é en A Tension en V

Figure IV.25 : Mesure sur une fibre d’ADN suspendue. La caractéristique est linéaire sur une zone de tension réduite [-1 à 1V]. Image de la fibre a été obtenue au microscope optique.

Mesure juste après le dépôt Mesure après quelques heures Fibre de 60µm de long et de diamètre de l’ordre de 1µm -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 -6,00E-010 -4,00E-010 -2,00E-010 0,00E+000 2,00E-010 4,00E-010 6,00E-010 In te nsité e n A Tension en V -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 -2,00E-011 -1,00E-011 0,00E+000 1,00E-011 2,00E-011 3,00E-011 4,00E-011 Intensité en A Tension en V

Figure IV.24 : Mesure sur une fibre d’ADN déposée entre deux électrodes en platine. La mesure est répétée plusieurs fois. On a fait deux séries de mesures juste après le dépôt et le lendemain. Les mesures sont plus reproductibles pour la deuxième série. En c) une vue au microscope optique de la fibre et des électrodes. La méthode de fabrication de la fibre et le dépôt sur l’électrode est schématisée en d).

ADN

a) b)

VI. Conclusion

Nous avons présenté dans ce chapitre un certain nombre de tentatives de mesures électriques sur des molécules d’ADN.

Les mesures sur des électrodes n’ont pas donné de résultats. Nous n’avons pas mesuré de courant.

En revanche les mesures en AFM conducteur ont donné des résultats plus intéressants. En particulier, nous avons observé des courants relativement importants (~nA) à travers l’ADN sur lequel on a évaporé directement du pentacène. On trouve des conductivités volumiques au moins égales à 0.03 (Ωcm)-1.

L’utilisation de métal comme l’or ou le platine évaporé directement sur les molécules n’a pas permis d’effectuer de mesures de courant. L’ADN est certainement endommagé dans ce cas.

L’utilisation d’un paquet d’ADN qui relie l’électrode et la corde d’ADN nous a permis de faire des mesures électriques plus systématiques. L’étude de la conductivité en fonction du nombre de molécules dans la corde d’ADN et de la distance nous a permis de tester différents modèles.

Le modèle tunnel donne une dépendance trop lente en fonction de la distance. Le coefficient d’atténuation a une valeur qui n’est pas physiquement acceptable.

Le modèle de conduction par saut (ou hopping), rend assez bien compte de la dépendance du courant en fonction de la distance et donne une distance de saut indépendante du nombre de molécules dans la corde d’ADN. Cette distance est de 3nm environ en accord avec celles déduites des expériences de Yoo [Yoo 2001]. Cette distance de saut correspond à environ 10 paires de bases. Une valeur plus réaliste du paramètre de saut pourrait être déduite en utilisant un modèle plus réaliste qui tiendrait compte des différents mécanismes de transfert de charge dans l’ADN (transfert par le biais des bases Adénine).

Le modèle de conduction ohmique est le plus simple et rend à peu près compte des résultats expérimentaux au niveau de la dépendance en fonction de la distance et du nombre de molécules dans la corde d’ADN. On a pu déduire une conductivité volumique de l’ordre de

3.10^-7 (Ωcm)-1. Néanmoins, les caractéristiques courant – tension sont fortement non linéaires en désaccord avec la loi d’Ohm. On peut expliquer ce désaccord par des problèmes de contact entre l’ADN et l’électrode ou la pointe de l’AFM.

Toutes nos mesures ont été effectuées à l’air et à température ambiante. Les quelques mesures sous atmosphère d’azote sec n’ont pas donné de courant. Deux interprétations peuvent rendre compte de cette observation. 1 : La conduction est de type ionique. Les conductivités mesurées sont compatibles avec celles de solutions salines 2 : l’ADN sous l’effet de la déshydratation peut passer de la forme B à A. Cette transformation peut entraîner a priori un changement des propriétés de conduction de l’ADN.

Les mesures en EFM sur de l’ADN déposé sur une surface méthyle ont mis en évidence la déshydratation de l’ADN sous flux d’azote. Le signal EFM que l’on mesure n’est pas compatible avec une molécule conductrice.

5 (Ωcm)-1. Les fibres suspendues donnent les meilleurs résultats. On a des caractéristiques courant – tension quasi – linéaires sur une faible gamme de tension (entre -1V et 1V).

La conductivité chute brutalement lorsqu’on fait la mesure sous vide ou sous une atmosphère d’azote sec suggérant une conduction de type ionique dans la fibre. On trouve une conductivité environ 30 fois supérieure à celle obtenue sur les cordes d’ADN déposées sur une surface.

Nos résultats sur les fibres demandent à être complétés. En effet il est étonnant que les fibres suspendues donnent des résultats différents des fibres déposées sur une surface surtout dans l’hypothèse d’une conduction de type ionique.

Enfin, les mesures sur les surfaces terminées amine n’ont pas donné de résultats aussi intéressants que ceux obtenus par Kasumov [Kasumov 2002] avec de la pentylamine. Pourtant la structure chimique de cette molécule est assez semblable à celle du silane que l’on a utilisé. L’interprétation donnée par Kasumov repose sur le caractère hydrophobe de la surface qui limite les interactions avec l’ADN. Si cette interprétation est la bonne, cela devrait aussi être le cas pour nos surfaces hydrophobes. Malheureusement nous n’avons pas réussi de mesures sur ces surfaces car l’ADN est systématiquement surétiré pendant le dépôt.