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Synthèse et propriétés de monocristaux, de poudres, films minces ou hétérostructures

Etudes à l'interface avec la matière biologique

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Soutenance de Thèse de Louis Fradetal : Réalisation de nanodispositifs à base de nanofils Si et SiC pour des applications biocapteur.

Publié le 10 septembre 2014
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Soutenance 17 novembre 2014
at 10h, Amphi M001 - Grenoble INP - Phelma MINATEC
LMGP (UMR 5628 CNRS / Grenoble INP)
Grenoble INP Phelma Minatec
3 parvis Louis Néel - 38000 Grenoble

Access : TRAM B - Stop at "Cité internationale"
Free entrance - No registration

Mots-clés : Carbure de silicium, Transistor à nanofil, Biocapteur, Détection d'ADN, Nanofil Keywords : Silicon Carbide, Nanowire FET, Biosensor, DNA detection, Nanowire

Thèse de Louis Fradetal

Réalisation de nanodispositifs à base de nanofils Si et SiC pour des applications biocapteur / Fabrication of Si and SiC nanowire-based nanodevices fo biosensor applications

Directrices de thèse : Valérie Stambouli (LMGP / IMBM team) & Edwige Bano (IMEP-LAHC)
Résumé (Click here for abstract in english)
Les biocapteurs ont pour objectif de détecter de faible quantité de biomolécules afin d'améliorer la qualité et la précocité des diagnostics médicaux. Parmi eux, les transistors à nanofils sont des dispositifs prometteurs, car ils permettent la détection électrique de biomolécules sans marquage avec une grande sensibilité et un temps de réponse court. Actuellement, la plupart de ces dispositifs utilise des nanofils de silicium, qui sont limités par une faible résistance chimique, ce qui entraine des variations du signal en présence de solutions biologiques. Pour palier ces inconvénients, le carbure de silicium (SiC) est un matériau prometteur déjà utilisé dans le domaine biomédical pour la fabrication ou le recouvrement de prothèse ou de vis médicales. Outre ses propriétés semi-conductrices, ce matériau est biocompatible et montre une forte résistance à la corrosion chimique. Par conséquent, il ouvre une voie à l'intégration in-vivo des capteurs.

L'objectif de cette thèse est d'élaborer des biocapteurs SiC à l'échelle nanométrique pour détecter des molécules d'ADN. La première étape est la fabrication des transistors à base de nanofils SiC à grille arrière. Un procédé original de fonctionnalisation combiné avec le lithographie et aboutissant au greffage covalent des molécules sondes d'ADN a été mis au point. Finalement, la réponse des capteurs a été mesurée entre chaque étape du protocole de fonctionnalisation. Les variations du signal lors des étapes de greffage des molécules d'ADN sondes et d'hybridation des molécules d'ADN cibles démontrent la capacité de ces dispositifs à détecter des molécules d'ADN. Des mesures complémentaires ont aussi montré la stabilité, la sélectivité et la réversibilité du dispositif.

Abstract
Biosensors are designed to detect small quantities of biomolecules in order to improve the accuracy and earliness of medical diagnosis. Among them, nanowire transistors are promising devices, as they allow the electrical detection of biomolecules without labeling with high sensitivity and a short response time. Currently, most of these devices use silicon nanowires, which are limited by a low chemical resistance, which leads to signal variations in the presence of biological solutions. To overcome these limitations, silicon carbide (SiC) is a promising material already used in the biomedical field for the coating of prosthesis or bone screws. In addition to its semiconducting properties, this material is biocompatible and shows a high resistance to chemical corrosion. Therefore, it opens the way for in vivo integration of sensors.

The goal of this thesis is to develop SiC biosensors at the nanoscale to detect DNA molecules. The first step is the fabrication of SiC nanowire-based back gate transistors. A novel process combining functionalization and lithography leading to the covalent grafting of DNA probe molecules has been developed. Finally, the sensor response was measured between each step of the functionalization process. The variations of the signal during the steps of grafting of DNA probes molecules and hybridization of target DNA molecules demonstrate the ability of these devices to detect DNA molecules. Additional steps have also shown the stability, selectivity and reversibility of the device.


Jury members
Dr. E. Blanquet, SIMaP, Grenoble (France), Président
Prof. P. Godignon, CNM, Barcelona (Espagne), Rapporteur
Prof. G. Attolini, IMEM-CNR, Parma (Italie), Examinateur
Prof. Aguir Khalifa, IM2NP, Univ. Aix-Marseille, Marseille (France), Rapporteur
Prof. E. Bano, IMEP-LAHC, Grenoble INP, Minatec, Grenoble (France), directrice de thèse
Dr. V. Stambouli, LMGP, CNRS & Grenoble INP, Minatec, Grenoble (France), co-directrice de thèse

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mise à jour le 15 octobre 2014

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