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Sébastien Ruffinatto

Le diamant pour la bioélectronique : de la fonctionnalisation chimique à la modification physique par des nanotubes de carbone

Publié le 10 février 2012


Thèse soutenue le 10 février 2012 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Joseph-Fourier de Grenoble - Spécialité : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Résumé :
Le contexte scientifique de cette thèse s'inscrit dans le domaine de la bioélectronique et l'objectif vise la mise au point de dispositifs diamant pour des applications en chimie analytique, diagnostic clinique ou encore dans le domaine médical. Un des axes de travail est basé sur la mise au point d'une nouvelle technique de fonctionnalisation du diamant hydrogéné. Cette méthode est rapide, simple, mono-étape et ne nécessite pas d'apport extérieur d'énergie. La caractérisation du greffage par FTIR a permis de proposer un mécanisme réactionnel qui a été corroboré par l'étude de la cinétique réactionnelle. Nous avons mis en évidence que ce procédé permet l'obtention d'une liaison covalente stable carbone-carbone. Elle se révèle particulièrement adaptée à l'immobilisation directe d'espèces biologiques. En utilisant cette technique de greffage, il a été possible de concevoir des biopuces à ADN et protéines, ainsi qu'un biocapteur au peroxyde d'hydrogène de troisième génération. Enfin, le procédé étant basé sur la simple mise en contact de la solution de greffage avec le substrat, il est possible de structurer les dépôts à l'échelle nanométrique en faisant appel au Dip-Pen Nanolithography. En parallèle, un nouveau matériau composite diamant/nanotubes de carbone a été mis au point pour augmenter la surface développée des électrodes de diamant dopé au bore et en accroitre ainsi les performances. Dans ce cadre, une technique de gravure catalytique assistée par filament chaud a été utilisée pour enterrer des nanoparticules dans la couche diamant. Ces dernières assurent par la suite la croissance des nanotubes de carbone par dépôt chimique en phase vapeur. Cette méthodologie assure ainsi une meilleure adhérence des nanotubes sur leur substrat et permet de pallier aux problèmes de toxicité des nanotubes vis-à-vis des milieux biologiques.

Jury :
Rapporteur : Mr Ken Haenen
Rapporteur : Mr Pascal Viel
Examinateur : Mr Jean-Charles Arnault
Examinateur :  Mr Serge Cosnier
Directeur de thèse : Mr Pascal Mailley
Co-directeur de thèse : Mr Franck Omnes

Mots clés :
Diamant, Bioélectronique, Nanotubes de carbone

Thèse en ligne.