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Nanocristaux organiques luminescents pour la détection de molécules biologiques

Les « biopuces » protéines et ADN sont devenues des outils clefs dans la recherche clinique : tests de diagnostics, nouvelles thérapies. Leur énorme potentiel est malheureusement sous exploité du fait d’un manque en sensibilité important. En effet, si les biopuces à fluorescence sont les plus utilisées aujourd’hui, elles sont cependant moins sensibles que les puces radioactives et ne permettent pas l’analyse d’échantillons cliniques précieux et rares, ni la détection des gènes ou protéines faiblement représentés. La détection dans ce type de capteurs est réalisée généralement par un retour à un état luminescent de la fonction de signalisation. Dans notre cas, il s’agit de nanocristaux organiques présentant de fortes intensités de photoluminescence dans l’état cristallin. Pour développer une biopuce, ces nano-cristaux doivent être fonctionnalisés par greffage à leur surface de demi-brins d’ADN portant une molécule sonde. Cette molécule sonde inhibe totalement la fluorescence des nano-cristaux. Lorsque des demi-brins d’ADN identiques à ceux portés par les fonctions de signalisation seront présent dans la solution aqueuse analysée, ils pourront s’hybrider avec eux et modifier ainsi l’état de la sonde (position, changement de conformation et de spectre d’absorption…) qui n’inhibera plus la fluorescence des nano-cristaux. On obtiendra donc la détection de ce type de brin d’ADN par retour de la fluorescence de quelques nano-cristaux.

Depuis plusieurs années, nous élaborons des nanocristaux organiques dans les pores de couches minces sol-gel silicatées [1-2]. En 2006, nous avons pu maîtriser par dissolution lente en solutions aqueuses basiques (2-3 nanomètre/heure) le décapage de la surface des couches sol-gel permettant l’émergence des nanocristaux organiques tout en conservant la même rugosité, d’environ 0.5 nm en moyenne, au niveau de la couche silicatée. Cette conservation de très faible rugosités des couches sol-gel illustre bien le parfait contrôle du décapage, très homogène en épaisseur, sur tout le depôt nanocomposite selon un procédé de dissolution par monocouches moléculaires (Brevet CNRS Mars 2007). Ce procédé permet d’avoir des nanocristaux stabilisés mécaniquement dans les couches silicatées et en contact direct avec l’environnement, ce qui permettra de les fonctionnaliser directement pour la détection de macromolécules en solutions aqueuses (Fig. 1).

De plus, ces nanocristaux de plusieurs dizaines de nanomètres sont constitués d’un nombre très élevé de molécules fluorescentes (104-106) ce qui augmente considérablement les sections efficaces d’absorption et leur intensité de fluorescence[2]. Ainsi, ce nouveau type de nanosondes très lumineuses devrait permettre, grâce à ce procédé de dissolution, d’élaborer un nouveau type de biopuces à fluorescence 100 à 1000 fois plus sensibles que celles existant aujourd’hui. Le développement de ces biopuces à très haute sensibilité devrait permettre à la société GENEWAVE, Polytechnique – Palaiseau, de prendre une position concurrentielle et hautement stratégique dans le marché de la prochaine génération de biopuces (ANR « Ultra Bright Biochips » du Réseau Innovation Biotechnologies).


Nanocristaux fluorescents
Fig. 1 : Images par microscopie à force atomique d’une couche mince partiellement décapée présentant des nanocristaux émergeants.
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