Depuis quelques années, la détection de molécules ou de particules en suspension dans un échantillon peut être faite en les faisant passer à travers des membranes dotées d’un pore unique. Cependant, cette technique permet difficilement de détecter la nature de ces molécules. Pour y parvenir une méthode possible consiste à « fonctionnaliser le pore », c’est-à-dire à fixer sur ce pore des sondes biologiques qui vont reconnaître de façon spécifique les molécules d’intérêt et les piéger à l’intérieur du pore.

Cette technique nouvelle de dépôt électro-induit, baptisée « électrofonctionnalisation sans contact » par ses découvreurs au laboratoire, permet de déposer spécifiquement un matériau électro-sensible, par exemple des monomères de pyrrole, à l’intérieur du pore réalisé dans une membrane diélectrique (électriquement isolante). Le procédé de fonctionnalisation repose sur un champ électrique de forte amplitude appliqué entre deux électrodes placées à quelques millimètres des ouvertures du pore. Le dépôt est rapide (quelques secondes) et s’avère très robuste face à la modification des paramètres de dépôt.
Des sondes biologiques, telles que des brins d’ADN, préalablement attachées aux monomères de pyrrole, peuvent ainsi être immobilisées sur la paroi interne d’un pore. L’efficacité de la fonctionnalisation a été démontrée par le biais d’une hybridation ADN/ADN révélée par un marquage fluorescent. Pour cela, des pores de quelques microns de diamètre sont recouverts de sondes ADN. Lorsque les brins d’ADN complémentaires traversent le pore, ils sont arrêtés dans le pore par le biais d’une reconnaissance spécifique ADN/ADN. Après le marquage fluorescent des brins d’ADN complémentaires, un cercle fluorescent apparaît, démontrant la présence d’un dépôt sur la paroi interne du pore. Des observations de chaque côté de la membrane montrent que la fonctionnalisation est localisée uniquement dans le pore.

Principe de fixation des molécules d’intérêt uniquement à l’intérieur du pore : la membrane, plongée dans une solution contenant les molécules à fixer, est soumise à un champ électrique de forte intensité (haut). Les molécules sont fixées uniquement à l’intérieur du pore, et pas sur la surface extérieure de la membrane (bas).



Après hybridation avec un ADN et un marquage fluorescent, seul l’intérieur du pore est fluorescent (droite : cercle blanc).

La stabilité du dépôt et la possibilité de réutiliser le pore biofonctionnalisé ont été démontrées en effectuant plusieurs cycles successifs d’hybridation/dénaturation (le terme « dénaturation » désigne le détachement de l’ADN cible de l’ADN attaché sur la paroi du pore). L’anneau fluorescent disparaît après dénaturation, puis réapparaît après une nouvelle hybridation et un marquage fluorescent.
 
Le procédé d’électrofonctionnalisation sans contact permet également de réaliser des dépôts d’oxyde d’iridium (IrO_x) dans le pore. Le pore est partiellement ou totalement rempli par cet oxyde métallique, tandis que la membrane diélectrique est inchangée. Cette technique de fonctionnalisation très localisée apparaît donc efficace pour un ensemble de matériaux organiques ou inorganiques. Les applications potentielles de cette technique de biofonctionnalisation concernent la séparation sélective, la purification, la collection et la catalyse à l'intérieur de micro-pores et de nano-pores.