Nanofils de silicium pour une analyse sensible de biomolécules par spectrométrie de masse et pour l’adressage fluidique de cellules, en vue des applications laboratoires sur puce et biopuces

par Gaëlle Piret

Thèse de doctorat en Micro et Nanotechnologies, Acoustique et Télécommunications

Sous la direction de Rabah Boukherroub.

Soutenue le 16-02-2010

à Lille 1 .


  • Résumé

    Ce travail porte sur la fabrication d’un support inorganique de nanofils de silicium dédié à la détection sensible de biomolécules par désorption/ionisation laser (LDI) en spectrométrie de masse (MS). Cette technique, contrairement à l’analyse LDI assistée par matrice (MALDI), permet de s’affranchir des ions parasites de la matrice organique qui interfèrent avec les molécules de masses inférieures à 700 Da. La littérature fait état de la difficulté à déterminer les paramètres liés à la performance de la technique : nous avons varié la morphologie, la composition, la chimie de surface des nanofils de silicium et nous avons discuté de l’importance des propriétés optiques et thermiques, de la mouillabilité de surface et de l’accessibilité des molécules au faisceau laser. Le support de nanofils optimal montre une haute sensibilité de détection des molécules de petites masses (50 fois supérieure au MALDI), il s’adapte à des analyses protéomiques et nous a permis d’instaurer un contrôle complémentaire au suivi de la réaction de méthylation pour la conception d’une biopuce à peptides. Nous avons finalement travaillé sur l’intégration de ce support dans un laboratoire sur puce. Une goutte d’1 µL d’un mélange de peptide (50.10-15M) a été déplacée par microfluidique discrète (électromouillage sur diélectrique) puis analysée avec succès par LDIMS. Finalement, nous avons développé une méthode originale combinant la chimie et la topographie de surface des nanofils de silicium à des techniques de lithographie optique : des zones de différentes tensions de surface liquide/solide sont ainsi créées et sont favorables à l’adhésion localisée de protéines, de cellules et de bactéries.

  • Titre traduit

    Silicon nanowires for a sensitive biomolecules mass spectrometry analysis and for cells fluidic localization : towards lab on chip and biochip applications


  • Résumé

    This work deals with the fabrication of an inorganic silicon nanowires substrate dedicated to the sensitive detection of biomolecules by laser desorption/ionisation mass spectrometry (LDI-MS). This technique, in contrast to the matrix-assisted LDI mass spectrometry (MALDI), allows low mass molecules’ (<700Da) analysis without parasitic peaks from the organic matrix. The literature reports the difficulty to determine the parameters linked to the technique’s performance. We varied the morphology, composition and surface chemistry of silicon nanowires, and discussed the importance of optical and thermal properties, wetting properties and accessibility of analytes to the laser beam on the silicon nanowires performance. The optimized nanowire’s substrate shows a high sensitivity for the detection of low mass molecules (50 times higher than classical MALDI). Moreover, the silicon nanowires substrate was successfully used to follow the course of the methylation reaction of peptides in a biochip format. Furthermore, the substrate integration in a lab on chip was investigated. A 1 µL droplet of a peptide mixture (50.10-15M) was displaced by digital microfluidics (electrowetting on dielectric) and successfully analyzed by LDI-MS. Finally, we developed an original method combining the chemistry and topography of silicon nanowires surface using optical lithography technique: areas with different liquid/solid surface tensions are created this way, enabling localized adhesion of proteins, cells and bacteria.


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