Détection et identification de biomolécules individuelles diffusant à l’intérieur d’un nanotube de carbone – Nanophoresis

De nouvelles techniques d'analyse de biomolécules sont activement recherchées pour permettre par exemple un séquençage génomique individualisé ou une identification de protéines à grande vitesse et à un coût acceptable. Parmi ces méthodes, la détection par nanopore de biomolécules individuelles représente une technologie à fort potentiel de rupture parce-quelle ne nécessite ni labellisation, ni amplification et peut être parallélisée pour des analyses à grande vitesse. Jusqu'à présent, la plupart des recherches se sont focalisées sur l'utilisation de nanopores biologiques ou de nanopores percés dans des fines membranes solides. Ces nanopores ont permis plusieurs avancées remarquables mais possèdent aussi d'importantes limitations comme la difficulté de les concevoir/modifier avec précision à l'échelle atomique. La commercialisation annoncée de systèmes de séquençage basés sur ce principe en 2013 démontre l'intérêt de ce concept même si les taux d'erreur doivent encore être réduits (i.e. le pouvoir d'identification doit encore être amélioré). Si cette technologie arrive au stade de la commercialisation, il est cependant improbable qu'un seul type de nanopore puisse satisfaire à tous les domaines d'application envisagés. Différents types de nanopores seront requis selon les applications.
Des nanocanaux synthétiques ayant une structure atomique versatile et parfaitement définie existent notamment sous la forme des nanotubes de carbone mono-feuillets (SWNTs). Nos propres travaux ont notamment permis d'établir des méthodes pour intégrer de longs nanotubes individuels dans des dispositifs fonctionnels et pour déterminer sans ambiguïté leur structure atomique par spectroscopie Raman.
Notre projet a pour objectif d'explorer le potentiel des nanotubes de carbone pour la détection par nanopore, en alternative aux nanopores courts (biologiques et nano-perforations) essentiellement utilisés jusqu'à présent. Plus précisément, nous étudierons l'aptitude de dispositifs fluidiques intégrant des SWNTs à détecter et identifier de petites biomolécules individuelles telles que des nucléotides et des acides aminés utilisés comme composés modèles. Nous fabriquerons de nombreux dispositifs microfluidiques intégrant des SWNTs individuels de structures différentes mais parfaitement déterminées s par spectroscopie Raman. Nous effectuerons des expériences de mesure de courant ionique (type patch-clamp) pour étudier et rationaliser la dépendance expérimentale de la conductance ionique dans les SWNTs. Puis, nous étudierons le transport électrophorétique de nucléotides et d'acides aminés dans des SWNTs individuels et évaluerons la précision d'identification basée sur les deux grandeurs caractéristiques des créneaux de courant (chute de conductance et temps de résidence). Il est attendu que cette recherche conduise à une compréhension améliorée du transport moléculaire dans les nanocanaux et au développement d'une méthode précise d'identification de petites biomolécules individuelles. Une telle méthode serait d'un grand intérêt à la fois pour la recherche biologique de base et pour une variété d'applications en bioanalyse.