De nouveaux materiaux permettent la creation de detecteurs piezoelectriques adaptes aux milieux fluides

Martin Peruzzi, doctorant a l’Institut de Physique Appliquee de
l’Universite Johannes Kepler, est parvenu a mettre au point des capteurs
piezoelectriques susceptibles d’etre immerges dans les liquides et les
gaz. De tels composants pourraient en particulier reperer les elements
pathogenes ou les marqueurs du cancer presents dans le sang. De fait, si
les materiaux piezoelectriques sont deja largement utilises dans la
fabrication de capteurs, en particulier pour les analyses par ultrasons,
ils ne peuvent etre plonges dans des fluides : les ondes acoustiques
alors creees par une contrainte alternee attenuent en retour
l’oscillation du cristal piezoelectrique, et donc le signal electrique
qu’il est susceptible d’emettre. Or un capteur piezoelectrique sert
justement a mesurer des contraintes, des oscillations ou des pressions,
le materiau piezoelectrique ayant pour propriete de se polariser
electriquement sous l’effet de telles deformations mecaniques. Probleme
: en milieu fluide, le cristal, reagissant a une deformation periodique,
va emettre des ondes acoustiques, qui, se propageant, amortiront la
deformation initiale, celle devant justement etre mesuree. Martin
Peruzzi, lui, a produit de fines lames d’oxyde de zinc, ZnO, qui
reagissent a la deformation en emettant des ondes acoustiques de
cisaillement. Ces ondes, au lieu de se propager dans le milieu ambiant,
liquide, courent a la surface des lames minces. Mieux, si la surface de
la lame est alteree ou deformee, les ondes de cisaillement se dephasent,
ce qui permet de reperer et de quantifier les deformations. Supposons
alors que la surface des lames de ZnO soient couvertes de recepteurs
moleculaires (tels que des anticorps), a meme de fixer des molecules
donnees du liquide environnant. L’accrochage des molecules deformera la
surface de la lame, generant par la meme un dephasage mesurable des
ondes de cisaillement. La creation de biocapteurs voire de circuits
integres et de ’Labs-on-the-chip’ piezoelectriques en devient
envisageable. Les couches minces utilisees n’ont toutefois rien d’anodin
: obtenues par ablation laser (pulsed-laser deposition), elles sont
composees de monocristaux desorientes, condition sine qua non de leur
capacite a generer des ondes de cisaillement. L’Institut de physique
appliquee, sous la houlette de Dieter Bauerle, s’interesse effectivement
aux interactions laser-matiere et au faconnage laser de materiaux :
micro-usinage, ablation de surfaces, formation de structures coherentes,
deposition chimique en phase vapeur assistee par laser (LCVD,
Laser-induced Chemical Vapour Deposition)... L’Institut mene en
parallele des recherches sur les polymeres, les couches minces et les
ceramiques, ainsi que des investigations plus fondamentales sur les
ablations photophysiques, l’expansion de la plume d’ablation ou les
instabilites induites. Ce travail s’effectuait quant a lui dans le cadre
du projet europeen PISARRO (PIezoelectric Sensing Arrays for
biomoleculaR inteRactiOns and gas-monitoring), reunissant entre autre
l’Universite Johannes Kepler de Linz, l’entreprise Siemens Allemagne,
l’Universite britannique de Cranfield, les entreprises Technobiochip et
E+E Elektronik, ainsi que l’Institut national de recherche roumain en
physique des lasers, du plasma et des radiations (NILPRP, Institutul
National de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Laserilor, Plasmei si
Radiatiei).