Impression de biomolécules par lithographie douce, applications pour les biopuces, de l'échelle micrométrique

Christophe Thibault (1)

1 LAAS - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes

The main purpose of this research work is the demonstration that soft-lithography, very often called Micro-Contact Printing (µCP) is an efficient patterning technique for arranging biomolecules on a surface in the perspective of biochip applications. For DNA Micro-arrays applications, we demonstrate that µCP is a competitive method compared to the conventional spotting technology, commonly used today. The cost of the technology is much lower, the surface density of the chip is drastically increased and the quality and definition of the biopatterns are greatly improved. A systematic study of the inking mechanisms of the elastomeric stamps is provided together with the study and comprehension of transfer mechanisms of molecules from the surface of the stamp to the substrate. The crucial role played by the free fragments of polymers not cross-linked during the polymerisation of the stamp is highlighted. In a second section we investigate the possibility of using µCP for generating single biomolecule biochips. We show how this printing technique can be optimized for reaching sub-micrometric scale down to 50 nanometers features. Two technological processes involving soft-lithography are proposed: the first one for combing long DNA molecules on spatially organized and registered positions for genetic applications, the second one for assembling individual DNA molecules in ordered arrays compatible with the dynamic tracking of individual DNA molecules over large populations.

L'objectif des travaux est de démontrer que la lithographie douce, quelquefois baptisée " Micro-Contcat Printing (µCP)", constitue une méthode de dépôt de biomolécules présentant de nombreux avantages pour des applications de type Biopuces. Pour la fabrication de puces à ADN, nous démontrons que le µCP est une technique compétitive par rapport au dépôt robotisé de gouttes traditionnellement utilisé. Le coût est inférieur, la densité des puces est augmentée et la qualité et la définition des motifs biomoléculaires sont supérieures. Une étude complète des mécanismes d'encrage des timbres élastomères d'impression ainsi que des mécanismes de transfert par contact des molécules vers le substrat est présentée. Le rôle prépondérant des fragments de polymère non réticulés présents à la surface des timbres est mis en évidence. Dans un second volet nous étudions la possibilité de générer par la même méthode des puces à biomolécules uniques. Nous montrons comment le µCP peut être poussé jusqu'à une résolution sub-micrométrique proche de 50 nm. Deux voies technologiques originales impliquant la lithographie douce sont proposées : l'une pour peigner individuellement en des sites organisés précisément sur la surface des longs brins d'ADN pour des études de génétique, l'autre pour fixer des molécules individuelles d'ADN par une extrémité rendant possible l'étude dynamique de molécules uniques (ADN) sur de larges populations.

Mots clés: Lithographie douce; Microcontact printing; Microtransfer molding; ADN; Biopuces; Microarrays; DNA; Biochips

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Christophe Thibault. Impression de biomolécules par lithographie douce, applications pour les biopuces, de l'échelle micrométrique. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. INSA de Toulouse, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00200042⟩