rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Capteurs biochimiques micromécaniques
Chercheurs : Peter Grütter, Hélène Bourque, Yoshihiko Nagai et Robert Bruce Lennox
Collaborateurs : R. Sladek (Genome Quebec & Genomics, U. McGill); J. White (Physiology, U. McGill)
Étudiants : Tanya Monga, Vincent Tabard-Cossa et Michel Godin
Contact : Peter Grütter; grutter@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/spm
Les micros-leviers, ou cantilevers, sont de nouveaux types de capteurs dont la popularité est en plein
essor. Une de leurs applications est la détection de faibles concentrations de molécules biologiques;
celles-ci, en se fixant à la surface d’Au chimiquement fonctionnalisée du cantilever, induisant sa
déflexion mécanique. L’extension de la déflexion dépend de la propreté de la surface du cantilever.
Nous avons développé un système de cantilever intégré à un dispositif électrochimique permettant
d’en nettoyer et caractériser la surface.
80 | RQMP | projets | Fabrication et caractérisation de nouveaux matériaux
La conception, la fabrication et l’intégration de capteurs sont
d’une grande importance tant pour la recherche fondamentale
(comme outils) que pour la recherche clinique (comme plateformes
de diagnostique). L’intérêt Les capteurs à base de microcantilever
suscitent beaucoup d’intérêt car ils représentent
une alternative sans marquage pour la détection chimique et
biochimique. Notre programme de recherche vise à optimiser
leur sensibilité et leur stabilité.
Le stress induit par la reconnaissance biochimique sur un cantilever micro-usiné
produit un signal détectable.
Nous avons réalisé des systèmes de capteurs à base de
cantilevers opérant en milieux gazeux, liquides et dans des
environnements électrochimiques contrôlés. Ces derniers
ont l’avantage de permettre le nettoyage et la caractérisation
in situ de la surface du capteur. De plus, il facilite le contrôle
des conditions expérimentales et peut être utilisé aussi comme
actuateur (pour contraster avec capteur). Ces systèmes nous
ont permis d’étudier l’évolution des contraintes au cours de
l’auto-assemblage d’alcanethiol et d’établir une corrélation
entre la taille du grain et la cinétique de la formation de la
« phase couchée ». Cette observation pourrait expliquer les
nombreuses divergences dans les mesures quantitatives des
propriétés des alcanethiols trouvées dans la littérature.
Nous avons en outre étudié le vieillissement d’actuateurs de
polypyrrole utilisés comme muscles « artificiels » et trouvé que
la délamination était un facteur important de défaillance. Enfin,
nous avons augmenté les contraintes de surface de 10 à 100
fois par rapport à la littérature, par l’hybridation de brins d’ADN
complémentaire à la surface. Ceci nous laisse entrevoir la
possibilité de créer des capteurs sensibles à l’ADN ou autres
biomolécules, ainsi que d’étudier le bruit et les limites cinétiques
de technologies ADN-sur-puces déjà établies.
Évolution des contraintes au cours de l’absorption d’ADN simple-brin sur un microcantilever
recouvert d’Au (rouge) et hybridation avec brin complémentaire (vert).
La cinétique d’absorption de Langmuir décrit bien les deux réactions (noir).
Références
• “Microcantilever-Based Sensors: Effect of Morphology, Adhesion, and Cleanliness
of the Sensing Surface on Surface Stress”, V. Tabard-Cossa, M. Godin, I. Burgess,
T. Monga, R.B. Lennox et P. Grütter,
Anal Chem. Oct 3; 17914755 (2007).
• “Calibrating Laser Beam Deflection Systems for Use in Atomic Force
Microscopes and Cantilever Sensors”, L.Y. Beaulieu, M. Godin, O. Laroche,
V. Tabard-Cossa et P. Grütter,
Appl. Phys. Lett. 88, 083108 (2006).
• “Redox-Induced Surface Stress of Polypyrrole-Based Actuators”,
V. Tabard-Cossa, M. Godin, P. Grütter, I Burgess et R.B. Lennox,
J. Phys. Chem. B 109, 17531 (2005).
• “Surface Stress, Kinetics and Structure of Alkanethiol Self-Assembled Monolayer”,
M. Godin, P. Williams, O. Laroche, V. Tabard-Cossa, L. Beaulieu,
R.B. Lennox et P. Grütter,
Langmuir 20, 7090 (2004).