Des capteurs en nanoréseau destinés à des applications médicales
En médecine, les biocapteurs s’utilisent pour détecter un biomarqueur chimique particulier ou une séquence d’ADN provoquant des maladies ou associés à la prédisposition à une maladie. Actuellement, les molécules d’ADN peuvent être quantifiées uniquement à l’aide d’outils centralisés et souvent coûteux. La possibilité de réaliser une surveillance hors laboratoire avec des dispositifs économiques permettrait un suivi plus réactif de l’évolution de la tumeur, des traitements plus personnalisés et l’amélioration des soins aux patients. Afin de pouvoir utiliser des biocapteurs hors laboratoire, le projet Nanonets2Sense, financé par l’UE, a exploré l’usage potentiel de nanoréseaux pour l’intégration 3D de biocapteurs à une technologie utilisée pour produire des circuits intégrés à basse consommation, appelée CMOS ou semi-conducteur a oxyde de métal complémentaire. «Les biopuces ADN d’aujourd’hui sont habituellement fondées sur une technique d’étiquetage où les molécules ADN du bioéchantillon à tester sont d’abord marquées avec des marqueurs fluorescents, afin que leur immobilisation soit observable avec la sonde appropriée», explique Mireille Mouis, chercheuse au Centre national de la recherche scientifique et technologique CNRS et coordinatrice du projet Nanonets2Sense. «Les activités de R&D se concentrent désormais sur des méthodes sans marqueurs, où l’interaction entre la cible et les molécules de la sonde est directement détectée grâce à la modification des propriétés mécaniques, optiques ou électroniques du transducteur.»
Un dispositif compact
Les nanoréseaux sont des infrastructures aléatoires de nanostructures fines et longues appelées nanofils. Selon Mme Mouis, il a été découvert récemment que les nanoréseaux composés de nanofils en oxyde de zinc ou en silicium pourraient être fabriqués et rendus conducteurs à l’aide d’un processus ascendant et économique. Le matériau semi-conducteur résultant peut être utilisé comme matériau actif dans des applications de biodétection. «En utilisant ce processus de fabrication, nous avons créé des dispositifs présentant certaines caractéristiques essentielles de ces capteurs prometteurs à base de nanofils, sans le coût de l’intégration qui a freiné leur développement pour des applications de détection», explique Mme Mouis. Ce dispositif compact place les capteurs au-dessus du circuit de lecture, les mettant ainsi en contact direct avec les biomolécules à détecter. Cette conception garantit la protection contre les liquides des composants électroniques de conditionnement et de lecture au niveau CMOS en silicium. Par conséquent, ils peuvent être connectés verticalement à travers la partie arrière de la plaquette CMOS. Cela permet l’installation d’un routage compact qui, à son tour, permet la lecture de grandes matrices de capteurs, une caractéristique susceptible d’améliorer la fiabilité de la détection.
Tracer une nouvelle voie
À partir d’une technologie très simple, le projet Nanonets2Sense a créé et validé avec succès tous les blocs de construction, technologiques et innovants, nécessaires pour améliorer la fonctionnalité des puces CMOS avec des biocapteurs en nanoréseau. Le programme de lecture constitue également une nouveauté. «Avant ce projet il n’existait pratiquement aucune tentative de développer des dispositifs hors laboratoire à base de nanoréseaux en oxyde de zinc ou en silicium: ce domaine était presque inexploré», explique Mme Mouis. «Notre objectif ultime consistait à accomplir l’intégration 3D totale des biocapteurs à la technologie CMOS. Nous disposons désormais de la technologie nécessaire pour achever cette intégration dans un contexte pertinent sur le plan industriel.»
Mots‑clés
Nanonets2Sense, biocapteurs, hors laboratoire, nanoréseaux, CMOS, ADN, biomarqueur, nanostructures, nanofils
