Functionalisation of chemically sensitive surfaces for biosensors and microreactors fabrication

In this paper, several surface functionalisation techniques for application in biosensors and microreactors, namely silanisation of glass and silicon and polymer modification were described. The modified surface of silicon samples was investigated by atomic force microscopy (AFM) and Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR) techniques. The found with AFM distinction between the surfaces of three silicon samples, bare, and the ones modified with aminopropyltriethoxysilane/glutaraldehyde (APTS/GA) and enzyme, consisted in a change of roughness of the surfaces, namely for the non-modified and modified ones were 3, 8 and more than 40 nm, respectively. The IR results for the third sample, modified with enzyme, proved the presence of the peptide coupling, visible as Amide-I and Amide-II bounds, specific for proteins. In addition, the performances of two types of microreactors batch and lamella type were compared. In the case of the batch type microreactors, the most effective immobilisation technique was those using polymeric beads made of reduced polyacrylonitrile (PAN) and glass beads modified with APTS/GA, where maximal pH difference (ΔpHmax) was about 3.3 and 2.5 for over 30 days, respectively. The worse results were obtained for the batch type microreactor loaded with beads of polyacrylamide type copolymer EUPERGIT® where the output signal was decreased to 1.2 pH unit after 10 days of the microreactor operation. The performances of both lamella type microreactors modified with APTS/GA and glycidoxypropyltriethoxysilane (GOPS) were rather poor, i.e. the maximal output signal was about 0.3 pH unit after 10 and five days of their operation, respectively.

RésuméDans cet article, plusieurs techniques de fonctionnalisation de surface pour des applications dans les biocapteurs et les microréacteurs, à savoir la silanisation de verre et de silicium et la modification par des polymères sont décrites. La surface modifiée des échantillons de silicium a été examinée par AFM et FTIR. La distinction entre les surfaces de trois échantillons de silicium nus et celles modifiées par APTS/GA et enzyme, déterminée par AFM, consiste en un changement de rugosité des surfaces : c’est-à-dire pour les non modifiées et pour les modifiées, elle était de 3 nm, 8 nm et plus de 40 nm, respectivement. Les résultats IR pour le troisième échantillon modifié par l’enzyme ont prouvé la présence du couplage peptidique, visible par les liaisons Amide-I et Amide-II qui sont spécifiques des protéines. De plus, les performances de deux types de microréacteurs, en continu et de type lamelle, ont été comparées. Dans le cas des microréacteurs en continu, la technique la plus efficace était celle qui utilise des billes polymériques faites de PAN réduit où ΔpHmax était d’environ 3,3 et 2,5, respectivement, pendant plus de 30 jours. Les plus mauvais résultats ont été obtenus avec le microréacteur en continu chargé d’EUPERGIT® où le signal de sortie a diminué jusqu’à 1,2 unités de pH après dix jours de fonctionnement du microréacteur. Les performances des deux microréacteurs de type lamelle modifiés avec APTS/GA et GOPS étaient plutôt faibles, c’est-à-dire que le signal de sortie maximum était d’environ 0,3 unité pH après un fonctionnement des microréacteurs pendant dix et cinq jours, respectivement.