Microcapteurs intégrés sur une puce
Les récentes avancées en matière de technologies de micro-usinage sur silicone ont favorisé la découverte de nouvelles applications pour les outils micro- et nanoscopiques. Les rayons cantilever de longueur et épaisseur de l'ordre du dixième de micromètres se sont révélés constituer une catégorie de biocapteurs particulièrement prometteurs. Compte tenu de leur flexibilité intrinsèque, combinée à l'existence de techniques avancées conçues pour surveiller la courbure, ils constituent désormais des outils versatiles pour la reconnaissance moléculaire et biomoléculaire. Les cantilevers micro-usinés peuvent reconnaître les protéines avec une sensibilité extrême, ainsi que détecter de petites quantités de matières, notamment les bactéries pathogènes. Des systèmes électromécaniques micro- et nanoscopiques téléguidés ont aussi été utilisés en tant que détecteurs biologiques immunospécifiques et multifonctionnels. L'objectif ultime du projet BIOFINGER était d'intégrer des ensembles cantilever sur une puce avec des circuits électroniques de traitement de signal, et d'améliorer ainsi les performances du dispositif. Plus concrètement, une approche à base d'ensembles a été adoptée par les chercheurs du Swiss Federal Institute of Technology pour permettre l'examen parallèle de différents analytes et augmenter la vitesse d'analyse globale. Le système de cantilevers résonants comporte quatre cantilevers uniformément répartis, dans lesquels le schéma de lecture a été intégré pour permettre un fonctionnement entièrement autonome. Les cantilevers résonants sont entraînés par des forces électromagnétiques générées par un aimant permanent et un courant alternatif provenant d'une boucle métallique. La courbure des analytes change les propriétés mécaniques des cantilevers, qui peuvent être détectées par des piézorésistances, ou des transistors sensibles aux efforts, configurés sous forme de pont Wheatstone. Les cantilevers agissent en tant qu'éléments de détermination de fréquence dans un circuit d'oscillations de feedback, avec un compteur. Les techniques de microfabrication et, en particulier, la technologie CMOS (complementary metal-oxyde semiconductor, ou semi-conducteur métal-oxyde complémentaire) ont servi à fabriquer un système de capteurs de petite taille. Le traitement et l'emballage postérieur de la puce CMOS se sont révélés nécessaires pour préparer le biocapteur aux environnements de culture hostile dans lequel il était censé fonctionner. Une première couche d'époxy a été appliquée pour stabiliser les liaisons sur la puce et du PDMS (polydiméthylsiloxane) a été utilisé pour les isoler de l'environnement liquide. La sensibilité du système de capteurs a été évaluée à 10ng/ml près en exposant les cantilevers à revêtement dans des échantillons de fluides avec des concentrations variables d'antigènes spécifiques de la prostate.
