Développement d’une analyse quantitative robuste de la réponse
de la microbalance à cristal de quartz en milieu liquide
Projet de recherche de Kevin Mc Evoy
Bio-Ingénieur (spécialité chimie et bio-industries)
Doctorant depuis octobre 2007
Unité de chimie des interfaces (C. Dupont-Gillain)
La microbalance à cristal de quartz avec mesure de la dissipation (QCM-D) est constituée d’une sonde, un cristal de quartz compris entre deux électrodes en or, et d’un système électronique assurant la mesure de sa fréquence de résonance (et de ses harmoniques) et du temps nécessaire à la sonde pour dissiper l’énergie d’excitation. Le dépôt d’une masse supplémentaire sur le cristal provoque un changement de fréquence de résonance et, si celle-ci est déformable et visqueuse, une augmentation de la dissipation d’énergie. On tire profit de cette sensibilité de la sonde pour suivre en temps réel les échanges de masse à sa surface. Dans le cas d’un dépôt très rigide, la sensibilité est de quelques dizaines de ng.cm-2 et il est possible de relier directement la variation de fréquence à la variation de masse via un facteur de proportionnalité. On se réfère alors à l’équation de Sauerbrey :
Δm = C ∙ (Δf / n)
où m est la masse surfacique (ng.cm-2), f la fréquence de résonance du cristal de quartz (Hz), n le numéro de l’harmonique et C une constante calculée à partir de propriétés physiques de ce dernier à la température d’analyse (ng.Hz-1.cm-2). Cette équation s’applique seulement si le dépôt est comparable au quartz selon ces mêmes propriétés physiques.
Les dépôts visqueux sont quant à eux plus problématiques car il n’existe pas de relation directe entre masse et fréquence. Plusieurs modèles ont été élaborés en vue de palier à cette difficulté mais un examen approfondi de la littérature a permis de se rendre compte qu’ils sont peu utilisés en pratique. Cela est probablement dû au fait qu’ils sont très complexes et demandent des paramètres d’entrée (viscosités, densités de la couche formée et du milieu…) souvent difficiles à évaluer ou à vérifier.
Etant donné que la QCM-D est le plus souvent utilisée comme une méthode d’analyse secondaire et purement qualitative, il est essentiel de mener une étude systématique sur les possibilités de quantification du dispositif. L’objectif est donc de combler le fossé existant actuellement entre les modèles abstraits et des systèmes biologiques concrets, et d’établir des relations de quantification robustes avec des champs d’application bien définis.
Une meilleure maîtrise de l’interprétation des résultats fournis par la QCM-D lui conférerait un avantage significatif sur d’autres techniques d’analyse. En effet, elle permet de travailler en temps réel et dans des conditions natives pour les protéines. Résoudre les soucis de quantification en ferait une technique de choix pour l’étude de l’assemblage des protéines aux interfaces et des méthodes de fonctionnalisation de biosenseurs tels que les pointes AFM.
