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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...) de sciences des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) 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 pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) au système (CNRS / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) 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 intensité, la...) 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 (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un...) 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 des matériaux (La science des matériaux regroupe les domaines qui étudient la matière qui constitue les objets. Cela va des roches (en géologie) aux métaux en passant par les...) 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...): 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 trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) 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,...) 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 peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les...) à détecter. Après polymérisation, 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 d'une information.) 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...) 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 qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les...) 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...), 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...), 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 l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la 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 (Un téléphone mobile, également nommé téléphone portable (ou simplement mobile et portable), téléphone cellulaire (en Amérique du Nord), natel (en Suisse), GSM ou familièrement G (en...) 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