Micro-capteurs chimique par impression 3D

Publié par Redbran le 12/09/2016 à 12:00
Source: CNRS-Institut de ChiMIE
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Prototype à l'appui, des chercheurs ont élaboré en une seule étape des micro-capteurs à base de polymères à empreintes moléculaires grâce à une imprimante 3D micrométrique. Une prouesse à cette échelle et sur ce type de composés, que l'on doit à des équipes de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de sciences des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) de Mulhouse (CNRS / UHA), du laboratoire Génie enzymatique et cellulaire (CNRS / UTC) et du laboratoire Intégration du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) au système (CNRS / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Bordeaux). Leurs travaux, publiés dans la revue Advanced Materials, permettent d'envisager des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) interrogeables par voie optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) ou mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) et capables de détecter des molécules qui intéressent notamment les domaines pharmaceutique, agroalimentaire, environnemental, sécurité.


LéVue schématique du procédé de prototypage de microcapteurs MIP par TPS
et en insert, une vue agrandie d'un microlevier MIP
© Damien Thuau
Parce qu'ils sont stables et présentent des affinités et sélectivités comparables à celles des anticorps, les micro-capteurs à base de polymères à empreintes moléculaires (MIP)* sont intéressants pour détecter et analyser des molécules (substances naturelles ou synthétiques, médicaments, pesticides ou toxines par exemple). Pour réaliser de tels capteurs, les équipes de l'Institut de science des matériaux (La science des matériaux repose sur la relation entre les propriétés, la morphologie...) de Mulhouse (CNRS / UHA), du laboratoire Génie enzymatique et cellulaire (CNRS / UTC) ont de façon inédite eu recours à un procédé de microfabrication 3D par écriture directe laser: la stéréolithographie biphotonique (TPS). A l'instar des imprimantes 3D commerciales, cette technique offre une grande flexibilité pour la conception et mise en forme des objets, avec l'avantage de structurer la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) à l'échelle micrométrique, voire sub-micrométrique.

Ces micro-capteurs spécifiques sont synthétisés en une seule étape par copolymérisation autour de la molécule-cible de monomères fonctionnalisés – c'est aussi une nouveauté – en vue de reconnaître la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) à détecter. Après polymérisation (La polymérisation désigne la réaction chimique, ou le procédé, permettant...), la molécule-cible servant à concevoir le "moulage" est éliminée, révélant ainsi une mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir...) moléculaire dans le matériau, via la présence de cavités spécialement conçues.

Un point-clé dans ces travaux est la mise au point d'une formulation à base de MIP compatible avec les conditions de polymérisation spécifiques à la TPS. Cette formulation a fait l'objet d'un dépôt de brevet compte-tenu des applications potentielles dans des domaines stratégiques tels que l'agroalimentaire, l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...), l'industrie pharmaceutique (L'industrie pharmaceutique est le secteur économique qui regroupe les activités de...), et la sécurité.

Les microcapteurs chimiques peuvent être interrogés par voie optique ou mécanique. Ainsi, des microleviers MIP résonants ont été fabriqués par TPS et une technique de vibrométrie laser utilisée au laboratoire Intégration du matériau au système a permis de détecter l'analyte par mesure de la variation de masse associée à sa présence. A terme, on pourrait imaginer que ces micro-capteurs soient intégrés dans des dispositifs portables miniaturisés, ou même à notre téléphone mobile pour analyser notre environnement quotidien.

Note:
* Molecularly Imprinted Polymers


Référence publication:
Laura Piedad Chia Gomez, Arnaud Spangenberg,* Xuan-Anh Ton, Yannick Fuchs, Frank Bokeloh, Jean-Pierre Malval, Bernadette Tse Sum Bui, Damien Thuau, Cédric Ayela, Karsten Haupt et Olivier Soppera
Rapid prototyping of chemical microsensors based on molecularly imprinted polymers synthesized by 2-photon stereolithography
Advanced Materials 2016, 28: 5931–5937. Doi: 10.1002/adma.201600218

Arnaud Spangenberg, Olivier Soppera, Karsten Haupt, Laura Piedad Chia Gomez, Jean-Pierre Malval,Bernadette Tse Sum Bui,Yannick Fuchs. Preparation of molecularly imprinted polymers by two-photon stereolithography
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