Thèse soutenue

Capteurs biologiques à base de transistors graphène à grille liquide
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Auteur / Autrice : Adrien Hugo
Direction : Pascal MailleyThomas Alava
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
Date : Soutenance le 27/02/2020
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Observatoire des micro et nanotechnologies (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Catherine Villard
Examinateurs / Examinatrices : Vincent Bouchiat
Rapporteurs / Rapporteuses : José Antonio Garrido, Christian Bergaud

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Avec l'augmentation du nombre de cancers et des maladies infectieuses et cardiovasculaires, la détection précoce et/ou en temps réel des biomarqueurs associés est particulièrement cruciale afin de permettre un diagnostic et un traitement efficace. Compte tenu du vieillissement de la population mondiale, et de la nécessité de perfectionnement des services médicaux dans les pays émergents comme l'Inde ou la Chine, la demande de dispositifs de diagnostic médical représente un domaine d'application majeur pour les capteurs biologiques.Les transistors à grille liquide à base de graphène (SGFET) représentent une génération de biocapteurs très prometteuse, dans la lignée des biocapteurs à haute sensibilité s'appuyant sur les propriétés exceptionnelles des nanofils et nanotubes de carbone. Transformer un dispositif SGFET en biocapteur nécessite d'immobiliser des biorécepteurs à la surface du graphène. Les techniques de fonctionnalisation non covalente sont les plus efficaces, car elles permettent de préserver à la fois l'intégrité structurelle et les propriétés électriques du graphène. Dans cette perspective, le PBASE est largement utilisé, puisque cette molécule peut s'adsorber sur le graphène par des interactions de type pi-pi, tout en exposant un groupement chimique réactif servant d'ancrage pour le greffage de récepteurs biologiques. Cependant, il n'est pas systématiquement démontré que les biorécepteurs restent fonctionnels lorsqu'ils sont greffés au PBASE, car cette molécule est incapable d'empêcher les biorécepteurs de s'adsorber sur le graphène et d'être par conséquent dénaturés. Le "tripod" est une molécule se liant de manière multivalente au graphène grâce à trois pieds en pyrène, projetant efficacement toute fonctionnalité active loin de la surface, et formant une couche de reconnaissance biologique prévisible et robuste sur le graphène.Dans ce contexte, ces travaux de thèse ont visé à développer un SGFET à base de graphène fonctionnalisé avec le tripod pour des applications de détection biologique très robustes, fiables et sensibles. Différentes méthodes ont été explorées afin d'établir un procédé de fabrication stable et reproductible. Ce procédé a notamment été caractérisé par un ensemble de mesures AFM, XPS et Raman. La performance des dispositifs fabriqués a été évaluée avant la fonctionnalisation non covalente par des mesures électriques sous air et en milieu liquide, et une première preuve du concept de détection de la streptavidine a été présentée.