La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Mesure ultime de masse : vers les applications biologiques Anthony Ayari.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Mesure ultime de masse : vers les applications biologiques Anthony Ayari."— Transcription de la présentation:

1 Mesure ultime de masse : vers les applications biologiques Anthony Ayari

2 2 Une nanobalance ? Objet mécanique nanométrique mesure de masse x Excitation(s) Detection

3 3Anthony Ayari Plan Quest quun NEMS ? Comment mesure-t-on une masse ? Mesure ultime de masse avec un NEMS Avantage des NEMS Historique Mesures résolus à léchelle de latome Vers les applications biologiques Défis Développements futurs

4 4Anthony Ayari Comment mesure-t-on une masse? Avec un ressort en mesurant sa compression sous leffet de la masse à déterminer En fait mesure le poids m δLδL k : rigidité du ressort g : accélération de la pesanteur

5 5Anthony Ayari Et une nanomasse ? Mesure résonante Principe de la balance à quartz δf plus précis Breveté en 2004 WO m m k : rigidité du ressort f : fréquence de vibration

6 6Anthony Ayari Dans les NEMS ça donne quoi ? Quartz/ressort NEMS Mesure le déplacement en fréquence. Sensibilité : f 0 : fréquence de résonance M eff ~ masse initiale du NEMS L : longueur caractéristique du NEMS δfδf f0f0

7 7Anthony Ayari nmµm mm Longueur caractéristique 100 µm Masse min. Détectable à lair g g g Sensibilité 1MHz/fg 1mHz/fg 1nHz/fg Effet déchelle

8 8Anthony Ayari Avantages des NEMS Plus grande sensibilité en masse ~ 1/L 4 Plus rapide ~ 1/L Convergence avec microélectronique Miniaturisation et mise en parallèle (VLSI) 5 µm

9 9Anthony Ayari Historique g microbalance à quartz, 10 MHz g MWNT, 1 MHz, Georgia Tec g Si et SiN 10 MHz, Cornell g SiC 100 MHz, Caltech atome DWNT 100 MHz, Berkeley proton=1Da = 1.6* g Spectromètre de masse conventionnel Virus 1MDa Protéine 10 kDa

10 10Anthony Ayari Dispositif Expérimental rétroaction Excitation AC Au e- Nanotube

11 11Anthony Ayari 1 atome Sensibilité : 104 kHz/zg Résolution en masse : 0.13zg/ Hz ~ 0.4 atome dAu/ Hz Mesure shot noise : zg pour M Au =0.327 zg K. Jensen et al., Nature Nanotechnology 3: 533 (2008)

12 12Anthony Ayari Oui mais Problèmes liés à la microfluidique et aux lab-on-chip Fonctionnalisation, spécificité Intégration, détection, traitement Pourquoi faire ? Problèmes liés aux NEMS en général Faible reproductibilité dans la fabrication Beaucoup moins stable quun quartz Faibles signaux Forte Dissipation Problèmes liés à cette mesure Sous ultra vide, condition de laboratoire Modèle trop simpliste pas transposable au milieu biologiques Mesure d 1 atome pas vraiment réalisée

13 13Anthony Ayari Mesure statistique ? δf dépend de la position sur le NEMS Modèle trop simpliste, interaction, objet déposé immobile ? « Measuring more than mass » H. Craighead nature nanotechnology (2007)

14 14Anthony Ayari M. Li, H.X. Tang, M.L. Roukes, Nature Nanotechnology 2: (2007) Mass resolution ~100 zg. M. Li, H.X. Tang, M.L. Roukes, Nature Nanotechnology 2: (2007) noise floor is ~ 2 ppb DMMP Atmospheric pressure and ambient temperature New results ~ 20 zg in ambient air ~ a few zg under vaccuum New results ~ 20 zg in ambient air ~ a few zg under vaccuum Résultats à lair

15 15Anthony Ayari Méthode de détection groupe R&D concentration en DMMP détectée expérimentalement Nanotube chemicapacitor E. S. Snow Naval Research Lab 320 ppb Surface Acoustic Wave (SAW) Jay W. Grate Pacific Northwest National Lab 1~2 ppm Chemiresistor N. S. Lewis Caltech 1 ppm CMOS Cantilever M. Zaghloul GWU 720 ppb NEMS Cantilever Roukes Group Caltech 2 ppb Etat de lart des détecteurs

16 16Anthony Ayari GENEVE EVIAN LAUSANNE Vol. = 89 km 3 Détection de la PSA

17 17Anthony Ayari 1 fg/ml 1 pg/ml 1 ng/ml 1 µg/ml Le Colombo Express (plus de 3000 containers), le plus grand transporteur maritime de container au monde Niveau normal de PSA= 1 ng/ml 89 grams of PSA 89 kg of PSA 8.9 tones of PSA 8.9 ktones de PSA !! Détection de la PSA

18 18Anthony Ayari 18 ESI Needle capillary Top hexapole Bottom hexapole Sample Stage (T= 40K) Magnet 760Torr 1Torr 10mTorr Torr <10 -8 Torr (a) (b) (c) (d) A. Naik et al., Nature Nanotechnology (July 2009) NEMS-MS : Electrospray

19 19Anthony Ayari Q~1 NON resonant Physiques: Résonateur sur amorti. Jessica Arlett & ML. Roukes Caltech Nobel Symposium 2007 Réponse dun nanolevier dans un liquide

20 20Anthony Ayari Anticorps spécifiques La bactérie relie les deux leviers 100 nm Fixation dune bactérie perturbation de la réponse mécanique Jessica Arlett & ML. Roukes Caltech 2005 Détection purement électronique de bactéries uniques en milieu liquide

21 21Anthony Ayari Conclusion En dix ans la résolution en masse a progressée de 7 ordres de grandeurs Résolution dun atome : atteinte statistiquement Prochain but : le proton Besoin localiser les dépôts de masse Besoin affiner modèle NEMS détecteur de gaz : très sensible Besoin de nouvelles stratégies pour travailler en milieu liquide

22 22Anthony Ayari Références Et une nanomasse M. L. Roukes An apparatus and method for ultrasensitive nanoelectromechanical mass detection WO/2002/ Effet déchelle A. Naik et al., Ultra-sensitive NEMS-based cantilevers for sensing, scanned probe and very high-frequency applications Nature Nanotechnology, 2, 114 (2007) C. Bergaud et al., Viscosity measurements based on experimental investigations of composite cantilever beam eigenfrequencies in viscous media Review of scientific instruments, 71, 2487, (2000) G. A. Campbell et al., Detection and quantification of proteins using self-excited PZT-glass millimeter-sized cantilever Biosensors & bioelectronics, 21, 597, (2005)

23 23Anthony Ayari Références Historique G. Sauerbrey, Verwendung von schwingquarzen zur wagung dunner schichten und zurmikrowagung Zeitschrift Fur Physik 155, 206 (1959). P. Poncharal et al., Electrostatic Deflections and Electromechanical Resonances of Carbon Nanotubes Science, (1999). B. Ilic et al., Attogram Detection Using Nanoelectromechanical Oscillators Journal of Applied Physics, 95, 3694 (2004). Y.T. Yang et al., Zeptogram-scale nanomechanical mass sensing Nano Letters, 6, 583 (2006) K. Jensen et al., An atomic-resolution nanomechanical mass sensor, Nature Nanotechnology, 3, 553, (2008)

24 24Anthony Ayari Références Mesures statistiques ? H. Craighead, Measuring more than mass Nature Nanotechnology, 2, 18, (2007) Tamayo, J. et al., Effect of the adsorbate stiffness on the resonance response of microcantilever sensors Appl. Phys. Lett. 89, (2006). Résultats à lair Mo Li et al., Ultra-sensitive NEMS-based cantilevers for sensing, scanned probe and very high-frequency applications Nature Nanotechnology, 2, 114, (2007)

25 25Anthony Ayari Références Etat de lart des détecteurs E. S. Snow et al.,Chemical Detection with a Single-Walled Carbon Nanotube Capacitor Science, 307, 1942(2005) Grate J. W. et al., Hybrid Organic/Inorganic Copolymers with Strongly Hydrogen-Bond Acidic Properties for Acoustic Wave and Optical Sensors, 9, 1201, Chem. Mat. (1997) Hopkins A. R. et al., Article Detection and Classification Characteristics of Arrays of Carbon Black/Organic Polymer Composite Chemiresistive Vapor Detectors for the Nerve Agent Simulants Dimethylmethylphosphonate and Diisopropylmethylphosponate Anal. chem. 73, 884 (2001). Voiculescu et al., Electrostatically actuated resonant microcantilever beam in CMOS technology for the detection of chemical weapons IEEE Sensors journal 5, 641 (2005)

26 26Anthony Ayari Références NEMS-MS Electrospray A. Naik et al., Towards single-molecule nanomechanical mass spectrometry Nature Nanotechnology, 4, 445 (2009) En milieu liquide Pas encore publié


Télécharger ppt "Mesure ultime de masse : vers les applications biologiques Anthony Ayari."

Présentations similaires


Annonces Google