Capteur de type FET ultra-sensible et versatile: Application à la détection du césium – SENCEI

L'activité humaine mène graduellement à la dégradation de l'environnement et cause des effets nocifs sur la santé humaine par le relargage dans l'eau, l'air et le sol de divers polluants ou molécules nuisibles. La quantification de leur présence et leur impact sur l'environnement et la santé humaine est essentielle. Le développement de techniques d'analyse innovantes offrant sensibilité, spécificité, fabrication à grande échelle, intégration et transportabilité et mesures en temps réel a donc un potentiel applicatif illimité.

AMBITIONS SCIENTIFIQUES DU PROJET
Notre projet à pour but le développement d'un capteur versatile permettant la détection de quantités femtomolaires (pg/l) d'ions/molécules en solution. La sélectivité du capteur sera aisément adaptable à la demande en fonction de la cible visée. Le dispositif sera intégré, autonome et transportable. Son utilisation sera simple et ne nécessitera pas de qualifications particulières ou de formation. Comme preuve de concept, le capteur sera développé pour la détection des ions césium dans les eaux naturelles. L'exposition à de fortes doses, ainsi que l'effet cumulatif de petites doses sur de longues périodes de temps sont tous deux connus pour être à l'origine de problèmes de santé dramatiques pour les humains, les plantes et les animaux aquatiques [Aarkrog2003].

Conversion et processus: Notre capteur sera basé sur la technologie de transistor à effet de champ (FET) et sera constitué de matériaux organiques, permettant ainsi la fabrication à grande échelle et à bas coût en utilisant des processus parallèles.

Contrôle des états électroniques: Le matériau support sera fait de PMMA, un polymère isolant. Le canal du capteur sera constitué de C8-BTBT, une molécule organique semi-conductrice qui une fois organisée en couche hautement cristalline présente des mobilités vis à vis des porteurs chargés très élevées.

Design et synthèse/Contrôle de la forme et structure: Une monocouche de 2.2 nm d'épaisseur de lipides chimiquement modifiés constituera le diélectrique de grille et la couche sensible du capteur, permettant des tensions de travail faibles et une haute sensibilité. Le lipide sera fonctionnalisé par un dérivé Calixarène qui sera développé pour être hautement spécifique au Cs+.

Nouveautés attendues: Fondamentales: -Fabrication d'une monocouche de lipide fonctionnelle ayant une grande stabilité électrique et mécanique stabilisée par un processus de réticulation à deux étapes. -Nouveaux chélateurs spécifiques au Cs+. -Greffage du dérivé Calixarene aux lipides. -Formation de C8-BTBT hautement cristallin sur PMMA. -Formation d'une monocouche de lipide sur C8-BTBT. Applicatives: -Nouvelle plateforme de détection versatile. -Capteur de Cesium hautement intégré avec haute sensibilité et spécificité, permettant la quantification de Cs+ en temps réel dans les eaux naturelles.

Compétences du consortium
Le projet est divisé en tâches qui nécessitent des compétences spécifiques présentent dans les groupes français et/ou japonais. Le groupe japonais est expert en films minces organiques, en dispositifs à semiconducteur organique, en chimie supra-moléculaire. Le groupe français est expert en biocapteurs, en technologie des lipides, en chimie de coordination et synthèse de chélateurs, en micro/nano fabrication et physique des transistors à effet de champ.

Prévision pour les 20-30 prochaines années
Ce dispositif a un potentiel applicatif illimité. il sera développé en fonction des besoins les plus pertinents, par exemple la détection de molécules d'intérêt dans l'eau (potable ou naturelle). Des plateformes multiplexées seront développées pour la détection simultanée de diverses molécules/ions. La connectivité, le transfert et le stockage de données fait parti du développement futur de ce capteur. On peut envisager par exemple le transfert de donnée via un smartphone en utilisant le bluetooth.