Micromembranes résonantes à actionnement et détection piézoélectriques intégrés pour la détection de molécules biologiques en temps réel

par Cédric Ayela

Thèse de doctorat en Conception de circuits microélectroniques et microsystèmes

Sous la direction de Martine Pugnière et de Liviu Nicu.

Soutenue en 2007

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    TLes avantages liés à la réduction de taille et la microfabrication, caractéristiques des microsystèmes électromécaniques (MEMS), sont favorables à l'utilisation de microstructures dans le domaine des biocapteurs. Dans ce contexte, nous avons développé des micromembranes résonantes à actionnement et détection intégrés, par l'intermédiaire d'une couche piézoélectrique (PZT), pour la transduction d'une reconnaissance biologique. Après la fabrication de matrices de micromembranes par les techniques de microfabrication, des travaux de caractérisation statique ont permis d'appréhender le comportement initial des structures et de déterminer les propriétés du matériau piézoélectrique. Ces optimisations ont ensuite servi de base pour la caractérisation dynamique des micromembranes, qui correspond à leur mode de fonctionnement en tant que capteur de masse. Ainsi, après la validation de l'actionnement intégré des structures et la détection des fréquences de résonance par les deux effets piézoélectriques, la génération optimisée de spectres a permis de développer une électronique spécifique aux structures et de les calibrer en masse pour la détermination de la sensibilité dans l'air : Sair=-15 pg/(mm². Hz). La caractérisation dynamique approfondie a permis enfin d'aborder l'utilisation des membranes en tant que biocapteur pour deux types d'application : une première orientée diagnostic par la détection spécifique en temps-réel et en milieu liquide d'anticorps alors que la seconde application concerne la combinaison des micromembranes avec des polymères à empreinte moléculaire (MIP). . .

  • Titre traduit

    Silicon-based resonant micromembranes with integrated piezoelectric actuation and detection for the real time detection of biological molecules


  • Résumé

    The advantages provided by size reduction and microfabrication, inherent to the Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), considerably empowered these structures for specific use as biosensors. With this in mind, we have developed resonant micromembranes with an integrated actuation and detection scheme thanks to a piezoelectric layer (PZT), allowing the transduction of a biological recognition. Following to the fabrication of matrices of micromembranes using standard micromachining techniques, initial behavior of the structures and piezoelectric material properties were determined by static characterization. Optimizations made in this configuration were used for the dynamic characterization of the membranes, corresponding to their working mode as mass sensors. Thus, validation of the integrated actuation of the structures and detection of resonant frequencies thanks to the reversible piezoelectric effect, allowed to develop a dedicated electronic set-up for the matrices of micromembranes, which mass sensitivity in air was determined equal to -15 pg/(mm². Hz). The integrated dynamic characterization of the structures gave us the opportunity of studying the potential of micromembranes as transducers for biosensing applications: a first one in a diagnostic approach by the specific detection of antibodies in real time and in liquid medium while the second application concerned the combination of the micromembranes with molecularly imprinted polymers (MIP). . .

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Informations

  • Détails : 1 vol. (137 p.)
  • Annexes : Bibliogr. à la fin des chapitres

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