16/09/2013 - Nouveaux matériaux biomimétiques pour la fabrication de nanosenseurs

Menéame

Les nouvelles caractéristiques de ce matériau biomymétique permettent de fabriquer, par lithographie par faisceau d’électrons, multiples capteurs chimiques de dimensions nanométriques (1 nanomètre = 0,000001 millimètres) sur un même substrat, ce qui ouvre la porte à la réalisation de biopuces multifonctionnelles à grande polyvalence.

La possibilité d’être gravée à l’échelle nanométrique est un avantage fondamental par rapport aux matériaux biométiques conventionnels, car elle confère au nouveau matériel - développé par des chercheurs de la Université polytechnique de Madrid (UPM) et la Université Complutense (UMM), dans le cadre du Campus d’Excellence International Campus Moncloa (CEI Moncloa) - un potentiel commercial intéressant.

Le nouveau matériau est composé d’un polymère linéaire entrecroisable dont la structure moléculaire est modifiée par le bombardement d’électrons. Il est ainsi possible d’utiliser un faisceau d’électrons d’une épaisseur de quelques nanomètres, comme si un crayon à pointe ultrafine était traité, pour écrire un motif quelconque sur un film de ce matériau attaché à un substrat. Après l’écriture (lithographie), le film est plongé dans un révélateur liquide qui dissout la partie du film irradiée avec le faisceau, laissant le motif (non irradié) intact sur le substrat.

En outre, le matériel se comporte comme un polymère d’empreinte moléculaire o MIP (moléculairely imprinted polymer), c’est-à-dire qu’il peut reconnaître une molécule ou un composé particulier après un processus d’impression au niveau moléculaire. Les MIP sont des matériaux synthétiques ayant la même fonctionnalité que certaines molécules biologiques, telles que les antigènes et les anticorps, utilisés comme récepteurs pour la détection de certaines molécules; c’est pourquoi les MIP sont considérés comme des matériaux biomyétiques. Les principaux avantages des MIP sur les récepteurs biologiques sont une plus grande résistance aux agents chimiques et à des températures extrêmes, un coût moindre et la possibilité de créer des récepteurs chimiques synthétiques qui n’existent pas dans la nature.

À ce jour, les méthodes d’enregistrement des films MIP destinés à la fabrication de capteurs ont été fondées sur des techniques d’impression et de photolithographie. La méthode d’estampage a le grave inconvénient de la contamination possible de la surface des films de MIP qui sont en contact avec les moules d’impression, tandis que la technique de photolitographie n’est pas appropriée pour créer des motifs nanométriques. Le nouveau matériau peut être gravé à l’échelle nanométrique sans moule ni masque.

Les chercheurs de l’UPM et de l’UCM ont fabriqué des modèles nanométriques de ce matériau sur des substrats de silicium en utilisant un faisceau d’électrons et en démontrant la fonctionnalité du matériau comme MIP. Le matériau peut reconnaître la présence de la molécule de rodamine 123, molécule fluorescente utilisée comme analite modèle, avec une grande sensibilité et sélectivité sur d’autres molécules Rodamines. La méthodologie utilisée pour le développement de ce matériau peut être appliquée à la synthèse d’autres matériaux susceptibles d’être enregistrés par faisceau d’électrons et capables de détecter des substances présentant un intérêt pour la toxicologie et la biomédecine.

La fabrication de structures nanométriques de matériaux capteurs comme celui créé a un double objectif. D’une part, il augmente l’interaction du capteur avec le milieu dans lequel se trouve l’analyte à détecter, augmentant ainsi la sensibilité et la vitesse de détection. En outre, la petite taille des structures de détection permet d’intégrer plusieurs éléments dans une même puce ou substrat, de réduire les coûts et d’accroître la fiabilité et la fonctionnalité des essais.

La méthode de fabrication développée a été protégée par brevet.

Les travaux ont été financés par l’ancien Ministère de la science et de l’innovation, dans le cadre d’un projet EXPLORA dont l’enquêteur principal est Carlos Angulo Barrios, Institut des systèmes optoélectroniques et des microtechnologies (ISOM) de l’UPM. Les projets EXPLORA visent à promouvoir la curiosité scientifique et l’audace intellectuelle dans la recherche, en recherchant des propositions de recherche imaginatives et radicales qui découlent d’une réflexion approfondie sur un problème ou paradoxe scientifique particulier.

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Source et image : Université polytechnique de Madrid

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