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Détection électrique de l’hybridation d’ADN par amplification PCR sur Si-nanonet-FET

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Start date : 1 January 2019

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Contexte scientifique
Très prometteuses au moment de leur découverte, après plus d’une décennie de recherche intensive, les nanostructures 1D et 2D se sont révélées décevantes pour les transferts vers le domaine applicatif en raison de la difficulté de les produire de manière reproductible et à grande échelle. Ainsi, dans le contexte de la feuille de route More than Moore, un défi important réside dans le développement de systèmes peu coûteux, reproductibles et efficaces pour exploiter les propriétés nanométriques, tout en étant facilement manipulables et compatibles avec une intégration à grande échelle.
Le projet «Nanonets semiconducteurs», actuellement développé au LMGP, en collaboration avec le LTM et l’IMEP-LaHC, se propose de relever ce défi et de dépasser les limites actuelles de l’intégration des nanomatériaux en développant une nouvelle génération de dispositifs électroniques basés sur des réseaux aléatoires de nanofils semiconducteurs, aussi appelés nanonets semiconducteurs. Ces nanonets bénéficient de propriétés nanométriques avantageuses ainsi que d’une connexion facile aux objets macroscopiques grâce à leur structure en couches minces. Cependant, leur grande sensibilité à leur environnement rend les propriétés électriques instables et peu reproductibles à première vue, de sorte que –jusque récemment- cette structure a été largement ignorée par la communauté scientifique.
Toutefois, grâce à nos résultats récents très prometteurs, nous sommes désormais à même de développer des transistors aux propriétés très satisfaisantes et équivalentes à celles des meilleurs dispositifs à nanofil unique.
Objectifs du projet
L’objectif de ce projet est de mettre au point un dispositif peu coûteux et portable pour détecter directement l’hybridation de l’ADN « sans label », c’est-à-dire sans ajout de marqueurs fluorescents. Actuellement, la grande majorité des biocapteurs d’ADN sur le marché sont des biocapteurs à fluorescence optique. Ces biocapteurs sont très efficaces et peuvent être extrêmement sensibles cependant ils requièrent un haut degré de compétence pour leur utilisation, principalement en raison de la nécessité de marquer l’ADN par un fluorophore et un matériel coûteux pour la détection de l’émission, matériel centralisé dans des laboratoires spécialisés, éliminant toute utilisation sur le terrain, au chevet du patient ou sur un site de production.
Ainsi, dans le but d’éliminer le marquage, de simplifier la lecture et d’augmenter la portabilité, la détection sera réalisée uniquement au moyen de la variation du comportement électrique du transistor à base de Si-nanonet qui est l’élément actif des biocapteurs développés lors de cette thèse. En effet, l’ADN étant chargé, lors de son hybridation à la surface du biocapteur, les charges de surface sont modifiées, ce qui impacte la densité de porteurs libres au sein du canal et modifie le comportement électrique du transistor.
Afin d’exacerber ces modifications électriques, même pour de très petites quantités d’ADN présentes dans l’échantillon à analyser, l’ADN hybridé sera amplifié par la méthode PCR (Polymerase Chain Reaction) par pontage d’amorces qui est devenue une méthode de référence en biologie et médecine.
Ainsi, ce projet de recherche est extrêmement innovant car il associe des techniques issues de domaines disjoints, la biologie moléculaire et la microélectronique, à un nanomatériau émergent, les nanonets.
Pour mener à bien ce projet, le travail sera décomposé en deux temps. Une première phase où la méthode d’amplification par PCR par pontage d’amorces sera développée en surface des nanonets de silicium non intégrés à partir des protocoles de greffage de l’ADN existants au laboratoire. Le bon déroulement des étapes de PCR sera suivi par l’ajout d’intercalants fluorescents. Lors de cette phase, les dimensions des transistors seront définies en lien avec les tailles de gouttes nécessaire pour la mise en place de la PCR, sachant que la technologie actuellement développée permet de produire des transistors présentant des canaux millimétriques. Dans la deuxième phase, l’amplification PCR sera effectuée directement à la surface des transistors à nanonets et l’évolution du comportement électrique des transistors sera alors étudiée.
Missions et compétences requises
La.Le post-doctorant.e aura pour mission de coordonner les tâches de mises en place de la PCR sur nanonet ainsi que d’élaboration, d’intégration et de fonctionnalisation des nanonets, tout en effectuant les caractérisations électriques après les étapes importantes du processus de fonctionnalisation. Elle.Il s’impliquera dans l’ensemble de ces tâches tout en s’appuyant sur les compétences déjà acquises dans le groupe, et sur les dispositifs expérimentaux existants.
Le projet demande des compétences multidisciplinaires (nanomatériaux, chimie de surface, physique des semiconducteurs) en liaison avec le domaine des biocapteurs, tout en étant opérationnel sur les caractérisations électriques I(V) des dispositifs microélectroniques. Des connaissances en biologie moléculaire seraient très appréciées.
La.Le post-doctorant.e pourra être amené.e à séjourner au sein de laboratoires partenaires en Europe
Renseignements administratifs :
Type d’emploi : Contractuel de recherche
Contrat : CDD de 18 mois dès que possible, au plus tard le 1er janvier 2018
Rémunération calculée en référence aux grilles de rémunération des post-doctorants soit à partir de 2379 € mensuel brut en fonction de l’expérience du candidat
Employeur : Université Grenoble Alpes
Lieu de travail : Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (LMGP), Grenoble – France
Contacts :
Celine Ternon, celine.ternon@grenoble-inp.fr
Marianne Weidenhaupt marianne.weidenhaupt@grenoble-inp.fr

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