I&T : Quel est ce projet Quartz on-chip for virus detection (QOVID) pour lequel vous venez d'obtenir une bourse ERC ?
Adrien Carretero Genevrier : Nous visons la réalisation d’un microsystème électromécanique (MEMS) piézoélectrique capable de détecter des virus, par exemple le Sars-CoV-2. Grâce à un revêtement contenant des anticorps spécifiques, de très petites quantités de virus pourraient être détectées dans la salive par exemple. Cette bourse est un coup de pouce à notre projet ERC SENSiSOFT : nous y développons des MEMS piézoélectriques inédits, actuellement au niveau TRL 4-5. QOVID nous permettra de réaliser pour la première fois une (ou plusieurs !) application concrète de notre technologie. Nous prévoyons de déposer quatre brevets, et à terme la création d’une start-up.
Pouvez-vous nous en dire plus sur le MEMS que vous développez ?
Nous sommes capables d’usiner des MEMS miniaturisés très sensibles aux variations de masse : nos premiers essais descendent à l’échelle du picogramme. Nous avons développé un procédé bas coût inédit permettant d’intégrer des oxydes fonctionnels comme le quartz-α sur silicium. Cela confère des propriétés piézoélectriques au dispositif : la mesure repose donc sur la transduction électrique générée lors de changements de masse. Ce procédé combine le dépôt chimique en solution, la nano-impression et la cristallisation par voie épitaxiée, rendant le dispositif facilement industrialisable.
Comment sont fabriqués ces dispositifs piézoélectriques ?
Le quartz-α est fabriqué à l’échelle nanométrique. En premier lieu, la technique sol-gel permet de déposer des couches minces de silice sur un substrat en silicium à température ambiante. Puis la silice est cristallisée en quartz à l’aide d’un agent dévitrifiant (le strontium) : l’épitaxie permet de réaliser une cristallisation orientée du quartz pour exploiter ses propriétés piézoélectriques. Elle est réalisée à 980 °C sous air et à la pression atmosphérique.
La cristallisation par épitaxie du quartz sur silicium nous permet de contrôler la continuité de la couche, l’épaisseur, la mosaïcité, la cristallinité et la rugosité. L’avantage de notre procédé réside dans l’intégration directe du quartz sur le silicium. Combinée avec les méthodes de micro-fabrication, cela nous a permis de développer une nouvelle famille de micro dispositifs piézoélectriques avec une interface cohérente avec le silicium.
Quels sont ses avantages ?
L’une des particularités de notre technologie est d’atteindre une fréquence – et donc une sensibilité – élevée, de l’ordre du GHz. Les capteurs existants sont limités par la capacité de miniaturisation : ils sont constitués de cristaux massifs collés sur silicium et atteignent des fréquences de l’ordre du MHz. À cela s’ajoute notre philosophie : travailler avec des matériaux non toxiques, abondants, des procédés pour un passage à l’échelle bas coût et respectueux de l’environnement. Ces atouts sont des prérequis indispensables pour mener à une industrialisation de notre technologie.
Ces capteurs pourraient-ils viser d’autres applications que celles développées au sein du projet QOVID ?
Oui, nous travaillons à développer de nombreuses applications grâce à un panel de projets. Toutes les applications utilisant déjà les MEMS piézoélectriques sont possibles : capteurs de gaz, biocapteurs, 5G, etc. L’avantage de notre dispositif est de couvrir une gamme de fréquence du kHz jusqu’au GHz, permettant de travailler en multifréquence. Nous prenons des risques en testant différentes applications actuellement, nous ne savons pas lesquelles fonctionneront. Si le projet QOVID démontre sa faisabilité, il ouvrira la voie vers la commercialisation de notre technologie.
