Mécanismes fondamentaux liés aux interactions molécule-capteur dans les biocapteurs nanoélectroniques à molécule unique

 

Delphine Bouilly

Université de Montréal

 

Domaine : techniques, mesures et systèmes

Programme : établissement de nouveaux chercheurs universitaires

Concours 2019-2020

L'extrême miniaturisation des composants électroniques permet aujourd'hui l'assemblage de minuscules dispositifs capables de connecter des molécules individuelles dans des circuits électriques de taille nanométrique. Ce type de dispositif constitue une nouvelle génération de nanocapteurs permettant, par le biais de fluctuations dans le courant électrique du circuit, de mesurer en continu l'activité d'une molécule avec une remarquable résolution spatiale et temporelle. Notre laboratoire travaille à étendre cette nouvelle technologie à l'étude des molécules biologiques, comme les acides nucléiques et les protéines, afin de mieux comprendre leurs fonctions biochimiques et de développer de nouvelles technologies biomédicales.

Dans ce projet de recherche fondamentale, nous visons à identifier, mesurer et caractériser différents mécanismes physiques fondamentaux régissant le fonctionnement de ces capteurs moléculaires. En particulier, nous utiliserons un modèle simple basé sur l'hybridation entre deux brins d'ADN pour étudier deux processus fondamentaux : (1) le rôle du couplage électronique entre la molécule étudiée et le capteur dans la formation du signal électrique, et (2) l'influence de la proximité du capteur sur la dynamique moléculaire. Ces expériences seront réalisées sur des ensembles de transistors à base de nanotubes de carbone individuels, fonctionnalisés par une unique séquence d'ADN simple brin. Le courant électrique des transistors sera mesuré en continu pendant leur immersion dans différentes solutions salines, avec ou sans séquences d'ADN complémentaires. Notre approche expérimentale se distingue par la génération d'ensembles statistiques via l'utilisation de systèmes multicanaux pour (a) la fabrication des capteurs, (b) la microfluidique et (c) l'acquisition du signal électrique, nous permettant de comparer systématiquement, dans la même expérience, l'effet de variations dans le design des capteurs ou dans la séquence des brins d'ADN.

Ce projet permettra d'identifier et de modéliser plusieurs mécanismes fondamentaux au coeur du fonctionnement des biocapteurs électroniques, un savoir essentiel à l'optimisation des procédés de design et fabrication de prototypes, en vue d'applications en recherche et technologies biomédicales. En particulier, le perfectionnement des biocapteurs électroniques ouvre des possibilités à la fois pour la recherche fondamentale en biologie moléculaire et pour améliorer la performance, la parallélisation et la portabilité des tests de laboratoire en clinique.