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Posté par Redbran le Lundi 12/09/2016 à 12:00
Micro-capteurs chimique par impression 3D
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 habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de sciences des matériaux de Mulhouse (CNRS / UHA), du laboratoire Génie enzymatique et cellulaire (CNRS / UTC) et du laboratoire Intégration du matériau au système (CNRS / Université 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 grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une...) interrogeables par voie optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) ou mécanique 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 (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) 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 (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris,...) des matériaux 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 (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light...): 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 à l'échelle micrométrique, voire sub-micrométrique.

Ces micro-capteurs spécifiques sont synthétisés en une seule étape par copolymérisation autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5...) de la molécule-cible de monomères fonctionnalisés – c'est aussi une nouveauté – en vue de reconnaître la molécule à détecter. Après polymérisation, la molécule-cible servant à concevoir le « moulage » est éliminée, révélant ainsi une mémoire moléculaire dans le matériau, via la présence de cavités spécialement conçues.

Un point-clé dans ces travaux est la mise au point (Graphie) d'une formulation (La formulation est une activité industrielle consistant à fabriquer des produits homogènes, stables et possédant des propriétés spécifiques, en...) à base de MIP compatible avec les conditions de polymérisation spécifiques à la TPS. Cette formulation a fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et...) 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 artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend...), l'industrie pharmaceutique (L'industrie pharmaceutique est le secteur économique qui regroupe les activités de recherche, de fabrication et de commercialisation des médicaments pour la médecine humaine ou vétérinaire. C'est une des industries...), 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 (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et...) 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
Brevet européen EP 15306031.4, déposé le29/06/2015.

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Source: CNRS-Institut de ChiMIE