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Des transducteurs micro-usinés pour des mesures intracellulaires

Des instruments nanomécaniques ultrasensibles ont permis aux scientifiques de se plonger dans le monde des systèmes biomoléculaires. Une invention, l'aboutissement d'un projet financé par l'UE, compense les variations de la température afin de permettre aux microscopes à force atomique d'accéder à l'environnement intermoléculaire.
Des transducteurs micro-usinés pour des mesures intracellulaires
Les microscopes à force atomique conventionnels reposent sur un cantilever (ou levier flexible) microscopique qui interagit avec le matériel à observer. La lumière réfléchie à partir de cette sonde de cantilever est mesurée en captant le déplacement du faisceau lumineux ou par interférométrie afin de déterminer comment la sonde interagissait avec le matériel.

Le projet UTMOST (Ultra-stable molecular force spectroscopy with micromachined transducers), financé par l'UE, visait à aborder la dérive thermique du cantilever en raison des fluctuations de la température ambiante. Parallèlement aux vibrations mécaniques et aux changements du stress de surface, ces dernières nuisent à la précision des microscopes à force atomique.

Jusqu'à présent, la dérive thermique est corrigée à l'aide des méthodes de corrélations et du filtrage Kalman, mais une approche différente est nécessaire afin qu'une simple spectroscopie de force moléculaire puisse mesurer le repliement et le dépliement des protéines. Ces régimes de compensation de dérive ne fonctionnent pas bien pour la caractérisation des biomolécules.

Dans les expériences biomoléculaires, les échantillons sont délicats et nécessitent un contrôle de force précis et une distance entre la pointe et l'échantillon est nécessaire. Les chercheurs d'UTMOST ont donc proposé une nouvelle méthode qui compense la dérive thermique en réduisant, ou même en éliminant la quantité ajoutée de la force exercée sur la sonde du cantilever.

Les chercheurs ont mis au point des transducteurs micro-usinés qui annulent la dérive thermique lorsqu'ils sont utilisés avec les micro-cantilevers. Ces transducteurs comportent une micro-étape ancrée à son substrat par des faisceaux bi-matériels et d'isolation qui ont été conçus pour correspondre d'un point de vue thermo-mécanique aux sondes de cantilever.

Les faisceaux bi-matériaux sont composés de deux matériaux différents avec différentes valeurs du coefficient de l'expansion thermique. À cause de ce décalage, ces faisceaux défléchissent sous des fluctuations thermiques qui fournissent une distance constante de la pointe au transducteur, afin que la force appliquée aux biomolécules reste la même à tout moment.

D'autre part, les faisceaux d'isolation optimisent leur taux de transfert. Ils déterminent également la rigidité des transducteurs afin de garantir que toute déflection de la micro-étape soit due aux fluctuations thermiques et pas à des interactions biomoléculaires.

Dans la nouvelle méthode, le déplacement des transducteurs est mesurée par des moyens optiques en même temps que les cantilevers contrôlent la force sur les biomolécules de façon précise. Les changements de température ambiante sont compensés pour permettre rapidement des mesures à longue échéance.

Le dispositif et la méthode résultant du projet UTMOST présentent un fort potentiel de commercialisation. Un brevet américain a été récompensé en août 2012. Par ailleurs, la recherche menée sur les méthodes de microscopie à force atomique a résulté en une application de brevet turque.

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Mots-clés

Transducteurs micro-usinés, biomoléculaire, microscopes à force atomique, cantilever, dérive thermique
Numéro d'enregistrement: 182815 / Dernière mise à jour le: 2016-05-30
Domaine: Biologie, Médecine