Micro-capteurs chimiques par impression 3D
Prototype à l'appui, des chercheurs ont élaboré en une seule étape des micro-capteurs à base de polymères à empreintes moléculaires grâce à une imprimante 3D micrométrique. Une prouesse à cette échelle et sur ce type de composés, que l'on doit à des équipes de l'Institut de sciences des matériaux de Mulhouse (CNRS / UHA), du laboratoire Génie enzymatique et cellulaire (CNRS / UTC) et du laboratoire Intégration du matériau au système (CNRS / Université de Bordeaux/Bordeaux INP). Leurs travaux, publiés dans la revue Advanced Materials, permettent d'envisager des capteurs interrogeables par voie optique ou mécanique et capables de détecter des molécules qui intéressent notamment les domaines pharmaceutique, agroalimentaire, environnemental, sécurité.
Parce qu'ils sont stables et présentent des affinités et sélectivités comparables à celles des anticorps, les micro-capteurs à base de polymères à empreintes moléculaires (MIP)* sont intéressants pour détecter et analyser des molécules (substances naturelles ou synthétiques, médicaments, pesticides ou toxines par exemple). Pour réaliser de tels capteurs, les équipes de l'Institut de science des matériaux de Mulhouse (CNRS / UHA), du laboratoire Génie enzymatique et cellulaire (CNRS / UTC) ont de façon inédite eu recours à un procédé de microfabrication 3D par écriture directe laser : la stéréolithographie biphotonique (TPS). A l'instar des imprimantes 3D commerciales, cette technique offre une grande flexibilité pour la conception et mise en forme des objets, avec l'avantage de structurer la matière à l'échelle micrométrique, voire sub-micrométrique.
Ces micro-capteurs spécifiques sont synthétisés en une seule étape par copolymérisation autour de la molécule-cible de monomères fonctionnalisés – c'est aussi une nouveauté – en vue de reconnaître la molécule à détecter. Après polymérisation, la molécule-cible servant à concevoir le « moulage » est éliminée, révélant ainsi une mémoire moléculaire dans le matériau, via la présence de cavités spécialement conçues.
Un point-clé dans ces travaux est la mise au point d'une formulation à base de MIP compatible avec les conditions de polymérisation spécifiques à la TPS. Cette formulation a fait l'objet d'un dépôt de brevet compte-tenu des applications potentielles dans des domaines stratégiques tels que l'agroalimentaire, l'environnement, l'industrie pharmaceutique, et la sécurité.
Les microcapteurs chimiques peuvent être interrogés par voie optique ou mécanique. Ainsi, des microleviers MIP résonants ont été fabriqués par TPS et une technique de vibrométrie laser utilisée au laboratoire Intégration du matériau au système a permis de détecter l'analyte par mesure de la variation de masse associée à sa présence. A terme, on pourrait imaginer que ces micro-capteurs soient intégrés dans des dispositifs portables miniaturisés, ou même à notre téléphone mobile pour analyser notre environnement quotidien.
et en insert, une vue agrandie d'un microlevier MIP
© Damien Thuau
Référence
Laura Piedad Chia Gomez, Arnaud Spangenberg,* Xuan-Anh Ton, Yannick Fuchs, Frank Bokeloh, Jean-Pierre Malval, Bernadette Tse Sum Bui, Damien Thuau, Cédric Ayela, Karsten Haupt et Olivier Soppera
Rapid prototyping of chemical microsensors based on molecularly imprinted polymers synthesized by 2-photon stereolithography
Advanced Materials 2016, 28: 5931–5937. Doi : 10.1002/adma.201600218
Arnaud Spangenberg, Olivier Soppera, Karsten Haupt, Laura Piedad Chia Gomez, Jean-Pierre Malval,Bernadette Tse Sum Bui,Yannick Fuchs. Preparation of molecularly imprinted polymers by two-photon stereolithography
Brevet européen EP 15306031.4, déposé le29/06/2015.