Une CLEF sans contact pour fonctionnaliser des micro- et nanopores
Publié par Redbran le 05/12/2019 à 14:00
Source et illustrations: CEA IRIG

Les chercheurs de l'Irig ont développé un procédé appelé électro-fonctionnalisation sans contact (CLEF), procédé aux applications prometteuses en bio-détection, en particulier pour l'analyse de cellules vivantes. Ils ont adapté CLEF (Au sens propre, la clef ou clé (les deux orthographes sont correctes) est un dispositif amovible permettant d'actionner un mécanisme.) sur des micropores planaires montés en parallèle et mettent au point (Graphie) le premier micropore intégrant des caractéristiques ECL pour la détection de biomolécules.

Au cours des vingt dernières années, les pores fonctionnalisés ont émergé comme pouvant être utilisés en tant que biocapteurs offrant des sensibilités supérieures aux 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...) conventionnels. La biodétection au travers de pores a été utilisée pour détecter et analyser différents types de cellules et de (bio)molécules individuelles sans marquage et par une mesure rapide et peu coûteuse de courant. Historiquement, les premières études ont été menées sur des nanopores biologiques protéiques. Mais leur instabilité et leur sensibilité aux conditions expérimentales les ont conduits à être progressivement supplantés par des nanopores synthétiques plus robustes. L'utilisation de biomolécules pour fonctionnaliser ces nanopores synthétiques dans le but de les rendre biomimétiques demeure un défi d'envergure (L'envergure est la distance entre les extrémités des ailes. Le terme est valable pour définir un oiseau, un chiroptère, un avion (ou planeur).).

C'est dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent....) que des chercheurs de l'Irig se sont attaqués au challenge de la fonctionnalisation locale de pores synthétiques par des biomolécules. Pour ce faire, ils ont initialement imaginé utiliser une technique innovante inspirée de l'électrochimie bipolaire (BPE). Cependant, la taille de 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...) conducteur (le nanopore) est l'une des principales limites physiques de ce procédé: plus l'objet est petit, plus le potentiel nécessaire à une polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En...) suffisante est grand. Les objets micrométriques et nanométriques sont donc extrêmement difficiles à adresser par BPE en raison des potentiels très élevés qui seraient requis.

Les chercheurs de l'Irig ont alors développé un procédé appelé électro-fonctionnalisation sans contact (CLEF), procédé aux applications prometteuses en bio-détection, en particulier pour l'analyse de cellules vivantes [1]. Récemment [2], ils ont adapté CLEF sur des micropores planaires montés en parallèle (Figure), cette géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types d'espaces...) rendant les dispositifs plus facilement intégrables dans des lab-on-chip.


Schéma de l'adaptation de CLEF sur pore traversant (A) et sur pore planaire (B).

Ils sont alors parvenus à révéler les phénomènes électrochimiques par électrochimiluminescence (ECL) dans ces dispositifs (collaboration avec l'ISM, Bordeaux). Afin de générer des signaux ECL, la conception microfluidique (La microfluidique est la science et la technologie des systèmes manipulant des fluides et dont au moins l'une des dimensions caractéristiques est de...) combinée à la désoxydation du silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) (présent dans la paroi interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en...) des micropores) leur a permis d'utiliser des tensions inférieures de deux ordres de grandeur par rapport aux installations standard de BPE. Il s'agit du premier micropore intégrant des caractéristiques ECL pour la détection de biomolécules.

La polyvalence de la BPE, associée à la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) des micro et nanopores, devrait permettre d'appliquer le même concept à d'autres types d'objets conducteurs à l'échelle nanométrique. De plus, l'approche présentée ouvre la porte à de nouvelles expériences en dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) avec des nano-objets traversant les pores où ils peuvent être adressés, modifiés ou détectés par voie électrochimique. Enfin, ces micropores ouvrent la voie au développement d'applications analytiques originales telles que la capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui passe au voisinage d'un astre, est retenu dans la...) de biomolécules couplée à la détection ECL.

Notes:
Ces cellules sont par exemple des bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries...), des virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise les constituants pour se multiplier. Les virus existent sous une forme extracellulaire ou intracellulaire. Sous la...) ou des cellules cancéreuses ; les biomolécules, des acides nucléiques simples et doubles brins, des peptides, des protéines
La BPE est une méthode puissante basée sur la polarisation à distance d'un objet conducteur qui induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) une électro-activité asymétrique à ses deux extrémités.
CLEF (ContactLess Electro-Functionalization) permet la fonctionnalisation sélective de la paroi interne de micro- et nanopores fabriqués dans une membrane de silicium recouverte de SiO2. Sous l'effet de l'application d'un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des particules...) ou d'un courant, le pore se polarise et des greffages électrochimiques peuvent se produire exclusivement sur les parois internes du pore.


Références:
[1] Bouchet-Spinelli A, Descamps E, Liu (Liu (chinois : 柳宿, pinyin : liǔ xiù) est une loge lunaire de l'astronomie chinoise. Son étoile référente (c'est-à-dire celle qui délimite la frontière occidentale de la...) J, Ismail A, Pham P, Chatelain F, Leïchlé T, Leroy L, Marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un mode de locomotion naturel. Il consiste en un déplacement en appui alternatif sur les jambes, en...) PN, Raillon C, Roget A, Roupioz Y, Sojic N, Buhot A, Haguet V, Livache T and Mailley P. Polarization induced electro-functionalization of pore walls: A contactless technology. Biosensors, 2019
[2] Ismail A, Voci S, Pham P, Leroy L, Maziz A, Descamps L, Kuhn A, Mailley P, Livache T, Buhot A, Leïchlé T, Bouchet-Spinelli A and Sojic N. Enhanced Bipolar Electrochemistry at solid-state micropores: Demonstration by wireless electro-chemiluminescence imaging. Analytical Chemistry, 2019
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