Les capteurs électrochimiques à l’échelle du micromètre

Résumé du document

L'objectif du document est de mettre en évidence l'intérêt des microcapteurs électrochimiques.
C'est pourquoi, afin d'apporter des éléments de réponse à ce sujet, nous allons commencer par quelques rappels sur les capteurs électrochimiques où nous verrons les différents types existants; puis dans un second temps, nous verrons plus précisément les microcapteurs électrochimiques, notamment leurs avantages et leurs contraintes, ainsi que quelques applications actuelles.
La détection d'une espèce, chimique ou biochimique par exemple, ainsi que l'évaluation de sa quantité ou de sa concentration, peuvent être faites soit à l'aide d'instruments d'analyses tels que les chromatographes ou les divers spectromètres, soit à l'aide de capteurs.
Ces capteurs sont en général des dispositifs simples, sélectifs, permettant de transformer l'information détectée en un signal électrique.
Ces dernières années, le domaine des capteurs a connu un renouveau tout à fait remarquable. Celui-ci est le résultat de trois facteurs principaux qui ont à la fois, vivement animé la recherche dans ce secteur et fortement incité le développement de capteurs de type nouveau.
Le premier de ces facteurs est le besoin très vif en capteurs fiables qu'entraîne la croissante sévérité des normes dans tous les domaines touchant à la chimie, notamment.
Le second est lié à la généralisation de l'automatisation dans le génie des procédés qui elle aussi requiert, à l'origine de la chaîne, des sondes de qualité.
La troisième est l'intrusion récente et en force des méthodes de microfabrication de l'électronique dans la technologie de réalisation des capteurs. Ce dernier point est certainement le plus notable. Il donne accès au domaine public avec les avantages qui lui sont liés en terme de bas coût (les capteurs jetables deviennent envisageables), de gain en fiabilité et d'adaptation aux microcircuits.
Tout cela a donc naturellement orienté la conception des capteurs vers la miniaturisation à l'échelle micrométrique.

Extraits

[...] Leur efficacité en matière de recherche a été largement prouvé, cependant, leurs utilisations dans le domaine public et à grande échelle demeurent coûteuses. Pour un tel domaine et devant un marché diversifié, il serait hasardeux de prévoir une évolution à long terme ; cependant, les soucis en matières de contrôle de l'environnement, les besoins de diagnostic en temps réel, liés au développement des microtechniques et aux progrès de la biologie moléculaire peuvent susciter l'émergence de nouveaux micro- capteurs de faible coût unitaire. P. Fabry, J. Fouletier,Microcapteurs chimiques et biologiques, Applications en milieu liquide, Ed. Hermes, traité EGEM chap à 5 N. [...]

[...] En détection directe, les dispositifs les plus communément utilisés sont électrochimiques (variations de charges électriques). En détection électrochimique directe, le signal électrique provient des perturbations engendrées par l'hybridation, soit à l'interface ente le double brin et le support ; soit grâce aux propriétés électroniques du support. Il existe également une autre approche de la détection électrochimique qui consiste à oxyder les bases guanine de l'ADN. En effet, ces bases possèdent un potentiel d'oxydoréduction ( 0.81 permettant leur détection en milieu aqueux. [...]

[...] Jaffrezic-Renault, C. Martelet, P. Clechet, Capteurs chimiques et biochimiques, Techniques de l'ingénieur Micro et nanotechniques, Encyclopédie Universalis F. Miomandre, S. Sadki, P. Audebert, R. Méallet-Renault, Electrochimie : des concepts aux applications, Sciences Sup, Dunod 141-169, 336-351 P. Soularue, X. Gidrol, Puce à ADN, Techniques de l'ingénieur X. [...]

[...] Les capteurs électrochimiques à l'échelle du micromètre La détection d'une espèce, chimique ou biochimique par exemple, ainsi que l'évaluation de sa quantité ou de sa concentration, peuvent être faites soit à l'aide d'instruments d'analyses tels que les chromatographes ou les divers spectromètres, soit à l'aide de capteurs. Ces capteurs sont en général des dispositifs simples, sélectifs, permettant de transformer l'information détectée en un signal électrique. Ces dernières années, le domaine des capteurs a connu un renouveau tout à fait remarquable. [...]

[...] Les micro-capteurs sont également sensibles aux variations locales de composition du milieu. En effet du fait de leur faible taille par rapport aux capteurs macroscopiques, ils perdent l'effet de moyenne et ne donne pas dans ce cas un résultat représentatif du milieu. Ce qui engendre donc un manque de sélectivité. De plus, leur petite taille leur confère un manque de robustesse et une fragilité accentuée. Les micro-capteurs ont un coût raisonnable, toute fois celui-ci reste trop élevé pour appliquer cette technique au grand public. [...]