Détection directe d'événements chimiques et biologiques en milieu liquide sur nanostructures de silicium
Résumé
Lab-on-chips are one of the explored ways to answer the growing need of fast, portable, miniaturized and automated analysis systems. Detection based on the use of EOSFET (Electrolyte-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) is one of the most promising, allowing the detection of very small amounts of biological species especially when downscaling these devices. This work concerns the study of such devices whose channel is a 1D-nanostructure. First, the conception and fabrication of the devices is exposed. Their characterisations are done thanks to a dedicated sensing set up. The sensibility of EOSFET to light, electrostatic charges, salinity and flow rate of the solution is put in evidence. The detection of a change of 0.7 μL.min-1 of flow rate is demonstrated. Two ways of functionnalisation of EOSFET are developed, the first one allowing the detection of a change of pH, the second one the detection of the presence of DNA targets. Different trials of detection showed several key parameters to control (like the stability of the device and of its environment) to realise electrical detection on EOSFET.
Les laboratoires sur puces sont une des voies en cours d'exploration pour répondre à un besoin croissant d'analyses automatiques, miniaturisées, portables et rapides. Le mode de détection basé sur l'utilisation d'un EOSFET (Electrolyte-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor ou Transistor à Effet de Champ Electrolyte-Oxyde-Semiconducteur), permet une détection directe de l'interaction biologique par effet de champ et semble particulièrement prometteur, notamment lorsque la taille des dispositifs est réduite à une échelle nanométrique. Notre travail porte ainsi sur l'étude de dispositifs EOSFET dont le canal est une nanostructure unidimensionnelle. Nous mettons tout d'abord en oeuvre la conception et la fabrication des dispositifs. Leurs caractérisations, réalisées grâce à un banc de mesure dédié, mettent en évidence la sensibilité des EOSFET à différents paramètres tels que la lumière, la présence de charges électrostatiques environnantes, la salinité de la solution ou encore le débit imposé à la solution en contact avec le dispositif. Nous avons démontré la détection possible d'un changement de débit de 0.7 μL.min-1. Nous développons ensuite deux voies de fonctionnalisation des EOSFET, l'une permettant la détection d'une variation de pH de la solution, l'autre la présence de brins d'ADN cibles dans la solution. Le fonctionnement du dispositif dans différentes conditions permet de mettre en évidence plusieurs paramètres clés à maîtriser tels que la stabilité du dispositif et de son environnement pour réaliser une détection électrique sur EOSFET.