Contrôle des interfaces biologiques au niveau nanométrique pour le développement de damiers haute densité de biocapteurs

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1 1 Contrôle des interfaces biologiques au niveau nanométrique pour le développement de damiers haute densité de biocapteurs A. Peremans, F. Cecchet, D. Lis, L. Lamard, V. Bruninckx L. Dreesen (Ulg), Y. Caudano, P.A. Thiry

2 biocapteur: Détection de la reconnaissance entre molécules cibles et sondes 2 molécules cibles en solution molécules sondes

3 3 1. Techniques de lecture: Remplacer les techniques de détection de concentration (fluorescence, résonance plasmon). par des techniques de détection spectroscopique: (Spectroscopie non linéaire de génération de fréquence somme, spectroscopie infrarouge) 2. Contrôle de la morphologie de surface au niveau nanométrique pour améliorer les performances des biocapteurs 3. Réalisation de motifs par impression de contact. 4. Lecture massivement parallèle par microscopie GFS

4 1. Technique de lecture 4 Détection des concentrations superficielles Résonance plasmon Fluorescence Chromophore fluorescent Détection spectroscopique du processus de reconnaissance biologique Spectroscopie SFG Spectroscopie Infrarouge ω vis SFG ω ir ω ir χ S(2)

5 1. Technique de lecture 5 Biocapteur modèle biocytine/avidine biotine (vitamine H) H H HN NH S H NH Avidine Biocytine NH 2 H

6 1. Technique de lecture 6 Méthodologie avidine Test de sélectivité: avidine saturée avec de la biotine bovidine A B C D Analyse par SFG Analyse par FTIR

7 SFG FTIR(u.a) 1. Technique de lecture 7 Détection spectroscopique par SFG du processus de reconnaissance D SFG Biocytine + BSA FTIR CaF 2 Biocytine + avidine saturée C CaF 2 Biocytine + avidine B δ γ β α CaF 2 A Biocytine CaF Nombre d'ondes (cm -1 ) Nombre d'ondes (cm -1 )

8 SFG(u.a.) FT-IRAS(u.a,) 1. Technique de lecture 8 Spectres infrarouges & SFG CH chaîne 2 δ γ NH 2 & Liaison hydrogène? CH cycle 2 NH&NH 2 β α H N H H H H N N HC H 2 C S H N CH H H CH 2 C H 2 CH 2 C H 2 H H H N H H N N CH 2 H 2 C CH 2 N H 2 C Spécificité de la reconnaissance en SFG: -Disparition des CH 2 de chaîne: accroissement de l ordre dans la couche Nombre d'ondes (cm -1 ) «sonde». -NH à 3200 cm-1 : amide primaire avec pont hydrogène.

9 2. Contrôle de la morphologie de surface au niveau nanométrique 9 Surface couverte de plots nanométriques d or (Dr. Gérard Tourillon) Image AFM de la surface couverte des nano-plots d or Distribution des diamètres ~ 10nm (image TEM)

10 2. Contrôle de la morphologie de surface au niveau nanométrique 10 B C AuNPs 1,2 1,0 E A D D e 0,4 SFG intensity (a.u.) 0,3 SFG intensity (a.u.) Biocytin Avidin SFG intensity (a.u.) 0,8 0,6 0,4 C d Bc 0, Wavenumber (cm -1 ) 0, Wavenumber (cm -1 ) 0,2 0,0 A Wavenumber (cm -1 ) b a

11 3. Réalisation de motifs par impression de contact. 11 Dynamique de la formation du film CH3(CH2)16SH/Pt

12 3. Réalisation de motifs par impression de contact. 12

13 3. Réalisation de motifs par impression de contact. 13 Film réalisé par impression de contact (1 s) Film réalisé par immersion (24 H)

14 4. Lecture massivement parallèle par microscopie SFG 14 Cartographie chimique par SFG= signal de la vibration CH3 sym Résolution sub-micrométrique du à la fréquence visible (~480 nm) du signal SFG. Image du microscope SFG de la vibration CH3 observé le 17 novembre 2008 Temps d acquisition = 12 sec, taille des motifs 100x100 µm, résolution < 2 µm

15 Conclusions Techniques de lecture: La génération de fréquence somme, permet d observer la signature spectroscopique du processus de reconnaissance. 2. Contrôle de la morphologie de surface: les nano-plots métalliques permet d exalter le signal non linéaire des biocapteurs 3. Réalisation de motifs par impression de contact: temps de Réalisation de films de molécules autoassemblés: 1 s 4. Lecture massivement parallèle par microscopie GFS Vers la réalisation de damiers haute densité de biocapteurs, lecture in situ, en temps réel sans utilisation de chromophore