Résumé
En raison des changements climatiques, certains virus réapparaissent. Comme le virus Chikungunya (CHIKV), un arbovirus transmis par les piqûres de moustiques Aedes aegypti infectés, qui menace l'Europe. Le temps d'incubation est court de 3 à 10 jours, la plupart des cas étant asymptomatiques. Cependant, d'autres arbovirus présentent les mêmes symptômes, nécessitant des solutions précises et immédiates pour les tests de diagnostic virologique et sérologique. Ces tests doivent être précis, rapides, sélectifs, un bon rapport coût-efficacité pour contribuer à la prévention des infections et contrôler une situation pandémique. Dans ce contexte, l'industrie des systèmes microélectromécaniques (MEMS), en particulier les résonateurs piézoélectriques, est un secteur prometteur sur le marché de la bio-détection et ont montré leur potentiel pour la détection de masse. Malheureusement, l'application des MEMS au secteur biomédical est encore limitée exigeant des qualités biocompatibles difficiles à obtenir, les rendant inaccessibles aux scientifiques spécialisés dans les matériaux. Ma thèse, qui se situe à l'interface entre les MEMS et la biologie, vise à développer des MEMS piézoélectriques à résonance α-quartz/Si fabriqués par des voies rentables de chimie douce pour détecter la réponse de masse du CHIKV à l'aide d'interfaces de reconnaissance sélectives du virus. Cette thèse s'appuie sur la technologie développée dans mon laboratoire de thèse (NanoChemLab/ IES), qui a réussi à concevoir des MEMS en α-quartz d'une épaisseur entre 500 nm et 15 µm, soit 10 à 50 fois plus fins que ceux obtenus par les technologies top-down traditionnelles sur des cristaux en vrac. Le quartz est abondant, non toxique et à un haut facteur de qualité Q. Cependant, l’immersion du piezo-MEMS en milieu liquide pour les mesures biologiques, réduit considérablement leurs performances mécaniques par rapport au vide ou à l'air. Par conséquent, j'ai étudié les caractéristiques mécaniques de le piézo-MEMS en milieux liquides à l'aide de la transduction optique avant d'exploiter ses capacités piézoélectriques. À cette fin, j'ai conçu une chambre siliconée pour contenir le liquide et effectuer des mesures en temps réel à l'aide d'un vibromètre laser. La chambre a permis d'amplifier l'amplitude de déplacement des piézo-MEMS. Pour détecter sélectivement la réponse de masse de la détection du CHIKV, deux types d'interfaces de reconnaissance du virus ont été conçus sur des résonateurs MEMS : 1) un système synthétique basé sur la bio-conjugaison covalente de protéines recombinantes interagissant sélectivement avec les protéines E2 de l'enveloppe du CHIKV, et 2) un système cellulaire basé sur des cellules dendritiques (DC) d'origine humaine, qui sont des régulateurs centraux de la réponse immunitaire en détectant les agents pathogènes. J'ai pu établir la fréquence de résonance, le Q et l'amplitude de déplacement de l'α-quartz piézo-MEMS dans différents milieux liquides, y compris la solution saline tamponnée au phosphate (PBS) ou le milieu Dulbecco modifié d'Iscove (IMDM), un milieu de culture de cellules immunitaires. Dans ces conditions, le piezo-MEMS a présenté une sensibilité de masse de 23,70 ng/Hz. Ces résultats m'ont permis de surveiller l'interaction de particules non infectieuses de type CHIKV (CHIK-VLP) avec une couche de bio-reconnaissance synthétisée. J’ai pu déterminer des masses expérimentales des CHIKV-VLP. Enfin, j'ai étudié comment la topographie de la surface des MEMS pouvait moduler la réponse immunitaire des DC. J'ai découvert que des nanotopographies de surfaces spécifiques favorisent la formation de structures adhésives enrichies en actine et de récepteurs immunitaires et régulent la signalisation médiée par ERK dans les CD. Ainsi, la reconnaissance des pathogènes peut être modulée. En conclusion, cette thèse ouvre la voie au développement d'une nouvelle génération de bio-MEMS à quartz piézoélectrique sur puce pour la détection sélective des virus.