Author: "Liviu Nicu" / Topic: 021001 nanoscience & nanotechnology - Searchworks@Jio Institute Digital Library Search Results

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58 results on '"Liviu Nicu"'

1. MEMS Biosensors and COVID-19: Missed Opportunity

Author: Thierry Leichle, Thomas Alava, Liviu Nicu, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Georgia Tech Lorraine [Metz], Ecole Nationale Supérieure des Arts et Metiers Metz-Georgia Institute of Technology [Atlanta]-Ecole Supérieure d'Electricité - SUPELEC (FRANCE)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université de Franche-Comté (UFC), and Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Ecole Supérieure d'Electricité - SUPELEC (FRANCE)-Georgia Institute of Technology [Atlanta]-CentraleSupélec-Ecole Nationale Supérieure des Arts et Metiers Metz-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: 2019-20 coronavirus outbreak, Coronavirus disease 2019 (COVID-19), Computer science, Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), Bioengineering, Biosensing Techniques, 02 engineering and technology, Real-Time Polymerase Chain Reaction, Sensitivity and Specificity, 01 natural sciences, Limit of Detection, Humans, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Instrumentation, Fluid Flow and Transfer Processes, SARS-CoV-2, Process Chemistry and Technology, 010401 analytical chemistry, BioMEMS, COVID-19, Micro-Electrical-Mechanical Systems, Prognosis, biosensors, 021001 nanoscience & nanotechnology, Data science, 0104 chemical sciences, MEMS, Perspective, RNA, Viral, 0210 nano-technology, Missed opportunity
Abstract: International audience; The acceleration of climatic, digital, and health challenges is testing scientific communities. Scientists must provide concrete answers in terms of technological solutions to a society which expects immediate returns on the public investment. We are living such a scenario on a global scale with the pandemic crisis of COVID-19 where expectations for virological and serological diagnosis tests have been and are still gigantic. In this Perspective, we focus on a class of biosensors (mechanical biosensors) which are ubiquitous in the literature in the form of high performance, sensitive, selective, low-cost biological analysis systems. The spectacular development announced in their performance in the last 20 years suggested the possibility of finding these mechanical sensors on the front line of COVID-19, but the reality was quite different. We analyze the cause of this rendez-vous manqué, the operational criteria that kept these biosensors away from the field, and we indicate the pitfalls to avoid in the future in the development of all types of biosensors of which the ultimate goal is to be immediately operational for the intended application.
Published: 2020

2. Investigation of the Effect of Spin Crossover on the Static and Dynamic Properties of MEMS Microcantilevers Coated with Nanocomposite Films of [Fe(Htrz)2(trz)](BF4)@P(VDF-TrFE)

Author: Lionel Salmon, Fabrice Mathieu, Gábor Molnár, Azzedine Bousseksou, Thierry Leichle, José Elias Angulo-Cervera, Mario Piedrahita-Bello, Liviu Nicu, Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Équipe Mouvement des Systèmes Anthropomorphes (LAAS-GEPETTO), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Georgia Tech Lorraine [Metz], Ecole Nationale Supérieure des Arts et Metiers Metz-Georgia Institute of Technology [Atlanta]-Ecole Supérieure d'Electricité - SUPELEC (FRANCE)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC), CONACyT-Mexico, Occitanie Region/Federal University of Toulouse, ANR-19-CE09-0008,NAGAM,Actionnement nanomoléculaire pour une nouvelle génération de muscles artificiels(2019), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université de Franche-Comté (UFC), and Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Ecole Supérieure d'Electricité - SUPELEC (FRANCE)-Georgia Institute of Technology [Atlanta]-CentraleSupélec-Ecole Nationale Supérieure des Arts et Metiers Metz-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, spin crossover, MEMS, mechanical properties, Composite number, Spin transition, Mechanical properties, 02 engineering and technology, Bending, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Stress (mechanics), Flexural strength, Spin crossover, Materials Chemistry, [CHIM.COOR]Chemical Sciences/Coordination chemistry, Composite material, QD1-999, Nanocomposite, Bilayer, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Chemistry, Chemistry (miscellaneous), 0210 nano-technology
Abstract: We used a spray-coating process to cover silicon microcantilevers with ca. 33 wt% [Fe(Htrz)2(trz)](BF4)@P(VDF70-TrFE30) nanocomposite thin films of 1500 nm thickness. The bilayer cantilevers were then used to investigate the thermomechanical properties of the composites through a combined static and dynamic flexural analysis. The out-of-plane flexural resonance frequencies were used to assess the Young’s modulus of the spray-coated films (3.2 GPa). Then, the quasi-static flexural bending data allowed us to extract the actuation strain (1.3%) and an actuation stress (7.7 MPa) associated with the spin transition in the composite.
Published: 2021

3. Magnetophoresis-Assisted Capillary Assembly: A Versatile Approach for Fabricating Tailored 3D Magnetic Supercrystals

Author: Juan-Manuel Asensio-Revert, Pierre Farger, Guillaume Viau, Pierre Moritz, Fabrice Mathieu, Simon Cayez, Daisuke Saya, David Bourrier, Liviu Nicu, Antoine Gonon, Thomas Blon, Lise-Marie Lacroix, Thierry Leichle, Nicolas Ratel-Ramond, Nanomagnétisme (LPCNO), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - 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Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centrale Lille Institut (CLIL)-Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille, Université de Franche-Comté (UFC), and Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Ecole Supérieure d'Electricité - SUPELEC (FRANCE)-Georgia Institute of Technology [Atlanta]-CentraleSupélec-Ecole Nationale Supérieure des Arts et Metiers Metz-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Microelectromechanical systems, [PHYS]Physics [physics], Materials science, Fabrication, Capillary action, General Engineering, General Physics and Astronomy, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 7. Clean energy, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, Magnet, Hardware_INTEGRATEDCIRCUITS, Magnetic nanoparticles, [CHIM]Chemical Sciences, General Materials Science, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, Realization (systems), Electronic circuit
Abstract: International audience; The fabrication and integration of sub-millimeter magnetic materials into predefined circuits is of major importance for the realization of portable devices designed for telecommunications, automotive, biomedical, and space applications but remains highly challenging. We report here a versatile approach for the fabrication and direct integration of nanostructured magnetic materials of controlled shaped at specific locations onto silicon substrates. The magnetophoresis-assisted capillary assembly of magnetic nanoparticles, either spherical or anisotropic, leads to the fabrication of high-performance Co-based permanent magnets and Fe-based supercrystals. Integrated sub-millimeter magnets as well as millimeter self-standing magnets exhibiting magnetic properties competing with NdFeB-based composites were obtained through this cost- and time-efficient process. The proof-of-concept of electromagnetic actuation of a micro-electromechanical system cantilever by means of these supercrystals highlights their potentiality as efficient integrated magnetic materials within nomadic devices.
Published: 2021

4. Photoactuation of micromechanical devices by photochromic molecules

Author: Barbora Brachňaková, Lucie Routaboul, Alejandro Enríquez-Cabrera, Liviu Nicu, Fabrice Mathieu, Mario Piedrahita-Bello, Lionel Salmon, José Elias Angulo-Cervera, Azzedine Bousseksou, Gábor Molnár, Thierry Leichle, Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Slovak University of Technology in Bratislava, School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology [Atlanta], Georgia Tech Lorraine [Metz], Ecole Nationale Supérieure des Arts et Metiers Metz-Georgia Institute of Technology [Atlanta]-Ecole Supérieure d'Electricité - SUPELEC (FRANCE)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Occitanie Region, Federal University of Toulouse, CONACyT–Mexico, National Scholarship Programme of the Slovak Republic, LAAS-CNRS, ANR-19-CE09-0008,NAGAM,Actionnement nanomoléculaire pour une nouvelle génération de muscles artificiels(2019), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université de Franche-Comté (UFC), and Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Ecole Supérieure d'Electricité - SUPELEC (FRANCE)-Georgia Institute of Technology [Atlanta]-CentraleSupélec-Ecole Nationale Supérieure des Arts et Metiers Metz-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Spiropyran, Nanocomposite, Materials science, Photoisomerization, Silicon, Resonance, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Bending, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, Photochromism, chemistry.chemical_compound, chemistry, Flexural strength, Chemistry (miscellaneous), General Materials Science, Composite material, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Spiropyran doped P(VDF-TrFE) nanocomposite films were spray-coated onto silicon micro-cantilevers. We show that switching the molecules from the closed- to the open-ring form by UV light gives rise to a downward bending of the cantilever as well as to a decrease of its resonance frequency. This photoactuation is reversible by means of heating and simultaneous visible light irradiation. From the flexural bending and resonance data, we extracted the actuation strain (0.13 ± 0.03%), stress (4 ± 1 MPa) and elastic energy density (2.3 ± 1 mJ cm−3) associated with the photoisomerization of spiropyran molecules in the composite films.
Published: 2021

5. Piezoelectric nanoelectromechanical systems integrating microcontact printed lead zirconate titanate films

Author: Denis Dezest, Fabrice Mathieu, Olivier Thomas, Susan Trolier-McKinstry, Liviu Nicu, Aaron J. Welsh, Thierry Leichle, Daisuke Saya, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Pennsylvania State University (Penn State), Penn State System, Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Physiques et Numériques (LISPEN), Arts et Métiers Sciences et Technologies, HESAM Université (HESAM)-HESAM Université (HESAM), Georgia Tech Lorraine [Metz], Université de Franche-Comté (UFC), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Ecole Supérieure d'Electricité - SUPELEC (FRANCE)-Georgia Institute of Technology [Atlanta]-CentraleSupélec-Ecole Nationale Supérieure des Arts et Metiers Metz-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)-HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM), Ecole Nationale Supérieure des Arts et Metiers Metz-Georgia Institute of Technology [Atlanta]-Ecole Supérieure d'Electricité - SUPELEC (FRANCE)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC), and Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)
Subjects: Materials science, Piezoelectric coefficient, Cantilever, Microcontact printing, Piezoelectricity, 02 engineering and technology, Lead zirconate titanate, Mécanique: Vibrations [Sciences de l'ingénieur], Resonator, chemistry.chemical_compound, Mécanique: Mécanique des structures [Sciences de l'ingénieur], Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Nanoelectromechanical systems, Electronique [Sciences de l'ingénieur], Micro et nanotechnologies/Microélectronique [Sciences de l'ingénieur], business.industry, Mechanical Engineering, PZT film, 021001 nanoscience & nanotechnology, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry, Mechanics of Materials, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Laser Doppler vibrometer
Abstract: International audience; A piezoelectric nanoelectromechanical system (NEMS) with integrated actuation and detection capabilities was fabricated using lead zirconate titanate (PZT) thin films patterned by microcontact printing. PZT-coated cantilever resonators of various dimensions were fabricated to assess the variability in PZT properties as a function of the device dimensions; the microcontact-printed PZT was 281 nm thick. PZT layers of the cantilevers were poled at 107 kV cm−1 and 150 °C to improve their piezoelectric properties. It was demonstrated that PZT piezoelectrics can be utilized for simultaneous actuation and detection of resonance. The PZT cantilevers were analytically modelled to estimate values of their piezoelectric coefficient d31. Mechanical tip displacement detection of the cantilevers by laser vibrometer was also carried out to validate the estimation of d31.
Published: 2020

6. Magnetophoresis Assisted Capillary Assembly of Cobalt Nanorods: A New Source of Permanent Magnets for MEMS

Author: Lise-Marie Lacroix, Fabrice Mathieu, Guillaume Viau, Pierre Moritz, Daisuke Saya, David Bourrier, Liviu Nicu, Thierry Leichle, Antoine Gonon, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: Materials science, Fabrication, Silicon, magnetophoresis, Physics::Instrumentation and Detectors, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, cobalt nanoparticle, 01 natural sciences, symbols.namesake, 0103 physical sciences, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010302 applied physics, Microelectromechanical systems, business.industry, Demagnetizing field, 021001 nanoscience & nanotechnology, capillary assembly, Computer Science::Other, Magnetic field, chemistry, Magnet, symbols, permanent magnet, Optoelectronics, Nanorod, Electromagnetic MEMS, 0210 nano-technology, business, Lorentz force
Abstract: This paper presents the fabrication of high-performance micro-magnets for the electromagnetic transduction of MEMS. The fabrication method relies on the use of nickel microstructures electroplated onto silicon substrates to control the capillary assembly of cobalt nanorods via magnetophoresis under an external magnetic field. The resulting sub-millimeter size permanent magnets with thicknesses of up to $150\ \mu \mathrm{m}$ produce a stray field of 30 mT at a distance of $100\ \mu \mathrm{m}$ . We demonstrate that this magnetic induction is sufficient to actuate a silicon microcantilever by means of the Lorentz force and that the MEMS resonance frequency can adequately be measured using integrated piezoresistances. This novel room-temperature synthesis approach is foreseen to facilitate the integration of high-performance magnets into MEMS.
Published: 2020

7. A Bistable Microelectromechanical System Actuated by Spin-Crossover Molecules

Author: Azzedine Bousseksou, Gábor Molnár, Jean Cacheux, Sylvain Rat, Lionel Salmon, Fabrice Mathieu, Liviu Nicu, Maria Dolores Manrique-Juarez, Thierry Leichle, Victoria Shalabaeva, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, Cantilever, Bistability, Silicon, Spin transition, chemistry.chemical_element, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Catalysis, Ion, Spin crossover, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Microelectromechanical systems, business.industry, General Chemistry, General Medicine, 021001 nanoscience & nanotechnology, Piezoresistive effect, Computer Science::Other, 0104 chemical sciences, chemistry, Optoelectronics, business, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; We report on a bistable MEMS device actuated by spin-crossover molecules. The device consists of a freestanding silicon microcantilever with an integrated piezoresistive detection system, which was coated with a 140 nm thick film of the [Fe(HB(tz)3)2] (tz=1,2,4-triazol-1-yl) molecular spin-crossover complex. Switching from the low-spin to the high-spin state of the ferrous ions at 338 K led to a reversible upward bending of the cantilever in agreement with the change in the lattice parameters of the complex. The strong mechanical coupling was also evidenced by the decrease of approximately 66 Hz in the resonance frequency in the high-spin state as well as by the drop in the quality factor around the spin transition.
Published: 2017

8. Development Of Micro-Magnets For The Electromagnetic Transduction Of MEMS

Author: Daisuke Saya, Pierre Moritz, Lise-Marie Lacroix, Fabrice Mathieu, Guillaume Viau, David Bourrier, Liviu Nicu, Thomas Blon, Thierry Leichle, Klaus Hasselbach, Roman B. G. Kramer, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Magnétisme et Supraconductivité (MagSup ), Institut Néel (NEEL), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Circuits électroniques quantiques Alpes (QuantECA ), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Magnétisme et Supraconductivité (NEEL - MagSup), and Circuits électroniques quantiques Alpes (NEEL - QuantECA)
Subjects: Materials science, Microscope, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, law.invention, [SPI]Engineering Sciences [physics], Condensed Matter::Materials Science, symbols.namesake, Hall effect, law, 0103 physical sciences, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010302 applied physics, Microelectromechanical systems, business.industry, Coercivity, 021001 nanoscience & nanotechnology, Computer Science::Other, Electromagnetic induction, Remanence, Magnet, symbols, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Lorentz force
Abstract: International audience; This paper presents a new class of high-performance permanent micro-magnets based on the controlled assembly of cobalt nanorods for the electromagnetic transduction of MEMS. Micromagnets are fabricated using a low temperature fabrication process that yields a dense material exhibiting high coercive field and remanence to saturation magnetization ratio. The cartography of the magnetic induction produced by the sub-millimeter size magnets was obtained using a scanning Hall effect micro-probe microscope. Silicon microcantilevers placed in the vicinity of these magnets were successfully actuated using the Lorentz force with low currents. The good signal to noise ratio measured at resonance demonstrates the potentiality of these nanostructured micro-magnets.
Published: 2019

9. Multiplexed functionalization of nanoelectromechanical systems with photopatterned molecularly imprinted polymers

Author: Liviu Nicu, B Tse Sum Bui, Fabrice Mathieu, Thierry Leichle, Pattamon Teerapanich, Karsten Haupt, Denis Dezest, Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Sorbonne Université (SU), Université de Technologie de Compiègne (UTC), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Génie Enzymatique et Cellulaire (GEC), and Université de Technologie de Compiègne (UTC)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Microelectromechanical systems, chemistry.chemical_classification, Nanoelectromechanical systems, Materials science, Mechanical Engineering, Molecularly imprinted polymer, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Polymer, 021001 nanoscience & nanotechnology, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Molecular recognition, chemistry, Mechanics of Materials, Surface modification, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, Biosensor, Microfabrication
Abstract: International audience; Implementing dedicated and reliable biochemical recognition functionalities onto nanoelectromechanical systems (NEMS) is of primary importance for their development as ultra-sensitive and highly-integrated biosensing devices. In this paper, we demonstrate the large-scale and multiplexed integration of molecularly imprinted polymers (MIPs) as highly stable biomimetic receptors onto arrays of nanocantilevers. Integration is carried out by spin-coating and photopatterning the polymer layers before releasing the nanostructures. We demonstrate that these biomimetic layers are robust enough to withstand the wet-etch of the sacrificial layer making this functionalization strategy compatible with further MEMS/NEMS processing. As a proof of concept, we fabricate NEMS resonators coated with a MIP using Boc-L-phenylalanine as the template molecule. We demonstrate the preserved molecular recognition ability of the patterned sensitive layer through the fluorescence detection of dansyl-L-phenylalanine, a fluorescent derivative of the template, and the mechanical integrity of the resonators by means of resonant frequency measurements.
Published: 2019

10. Micromachining-compatible, facile fabrication of polymer nanocomposite spin crossover actuators

Author: Sylvain Rat, Lionel Salmon, Azzedine Bousseksou, Thierry Leichle, Liviu Nicu, Fabrice Mathieu, Gábor Molnár, Philippe Demont, Victoria Shalabaeva, Adrian Laborde, Olivier Thomas, Maria Dolores Manrique-Juarez, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Arts et Métiers ParisTech (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Subjects: Materials science, Polymer nanocomposite, Matériaux, Mechanical properties, Nanocomposite materials, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Biomaterials, Micrometre, Micro‐electromechanical systems (MEMS), Nanocomposite Spin, Spin crossover, Electrochemistry, Polymer substrate, Composite material, Mécanique: Mécanique des structures [Sciences de l'ingénieur], [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Micromachining-Compatible, chemistry.chemical_classification, Micro et nanotechnologies/Microélectronique [Sciences de l'ingénieur], Soft actuators, Polymer, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Piezoresistive effect, 0104 chemical sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Surface micromachining, chemistry, Resist, Spin crossover complexes, Crossover Actuators, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; [FeII(Htrz)2(trz)](BF4) spin crossover particles of 85 nm mean size are dispersed in an SU‐8 polymer matrix and spray‐coated onto silicon microcantilevers. The subsequent photothermal treatment of the polymer resist leads to micrometer thick, smooth, and homogeneous coatings, which exhibit well‐reproducible actuation upon the thermally induced spin transition. The actuation amplitude as a function of temperature is accurately determined by combining integrated piezoresistive detection with external optical interferometry, which allows for the assessment of the associated actuation force (9.4 mN), stress (28 MPa), strain (1.0%), and work density (140 mJ cm−3) through a stratified beam model. The dynamical mechanical characterization of the films evidences an increase of the resonance frequency and a concomitant decrease of the damping in the high‐temperature phase, which arises due to a combined effect of the thickness and mechanical property changes. The spray‐coating approach is also successfully extended to scale up the actuators for the centimeter range on a polymer substrate providing perspectives for biomimetic soft actuators.
Published: 2018

11. Complete Set of Elastic Moduli of a Spin-Crossover Solid: Spin-State Dependence and Mechanical Actuation

Author: Azzedine Bousseksou, Ines E. Collings, Mirko Mikolasek, Victoria Shalabaeva, Gábor Molnár, Thierry Leichle, Karl Ridier, Sylvain Rat, Alin-Ciprian Bas, William Nicolazzi, Jean Cacheux, Liviu Nicu, Maria Dolores Manrique-Juarez, Helena J. Shepherd, Lionel Salmon, Fabrice Mathieu, European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), School of Physical Sciences, University of Kent, Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Subjects: Spin states, Physical and chemical processes, Thin films, Young's modulus, 02 engineering and technology, Crystal structure, Inelastic scattering, 010402 general chemistry, Quantum mechanics, 01 natural sciences, Biochemistry, Catalysis, symbols.namesake, Colloid and Surface Chemistry, Spin crossover, [CHIM.COOR]Chemical Sciences/Coordination chemistry, QD, Young’s modulus, Anisotropy, Elastic modulus, QC, Bulk modulus, Condensed matter physics, Chemistry, Lattices, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, symbols, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Molecular spin crossover complexes are promising candidates for mechanical actuation purposes. The relationships between their crystal structure and mechanical properties remain, however, not well understood. In this study, combining high pressure synchrotron X-ray diffraction, nuclear inelastic scattering, and micromechanical measurements, we assessed the effective macroscopic bulk modulus (B = 11.5 ± 1.5 GPa), Young’s modulus (Y = 10.9 ± 1.0 GPa), and Poisson’s ratio (ν = 0.34 ± 0.04) of the spin crossover complex [FeII(HB(tz)3)2] (tz = 1,2,4-triazol-1-yl). Crystal structure analysis revealed a pronounced anisotropy of the lattice compressibility, which was correlated with the difference in spacing between the molecules as well as by the distribution of the stiffest C–H···N interactions in different crystallographic directions. Switching the molecules from the low spin to the high spin state leads to a remarkable drop of the Young’s modulus to 7.1 ± 0.5 GPa both in bulk and thin film samples. The results highlight the application potential of these films in terms of strain (ε = −0.17 ± 0.05%), recoverable stress (σ = −21 ± 1 MPa), and work density (W/V = 15 ± 6 mJ/cm3).
Published: 2018

12. Self-Aligned Functionalization Approach to Order Neuronal Networks at the Single-Cell Level

Author: Marie-Charline Blatché, Hélène Martin, Cécile A. Ferré, Daniel Gonzalez-Dunia, Adrien Casanova, Guilhem Larrieu, Liviu Nicu, Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Centre de Physiopathologie Toulouse Purpan (CPTP), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-16-CE16-0013,MitoX,Analyse des mécanismes moléculaires et cellulaires des propriétés neuroprotectrices d'une protéine virale(2016), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Subjects: 0301 basic medicine, Computer science, Cell Culture Techniques, 02 engineering and technology, [SDV.BC]Life Sciences [q-bio]/Cellular Biology, Cellular level, 03 medical and health sciences, [SDV.MHEP.MI]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology/Infectious diseases, Electrochemistry, Biological neural network, Low density, Neurites, Premovement neuronal activity, Animals, General Materials Science, Set (psychology), Spectroscopy, Cells, Cultured, Neurons, [PHYS]Physics [physics], Surfaces and Interfaces, Dendrites, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Rats, 030104 developmental biology, Order (biology), Chemical functionalization, Surface modification, Nerve Net, 0210 nano-technology, Neuroscience
Abstract: International audience; Despite significant progress, our knowledge of the functioning of the central nervous system still remains scarce to date. A better understanding of its behavior, in either normal or diseased conditions, goes through an increased knowledge of basic mechanisms involved in neuronal function, including at the single-cell level. This has motivated significant efforts for the development of miniaturized sensing devices to monitor neuronal activity with high spatial and signal resolution. One of the main challenges remaining to be addressed in this domain is, however, the ability to create in vitro spatially ordered neuronal networks at low density with a precise control of the cell location to ensure proper monitoring of the activity of a defined set of neurons. Here, we present a novel self-aligned chemical functionalization method, based on a repellant surface with patterned attractive areas, which permits the elaboration of low-density neuronal network down to individual cells with a high control of the soma location and axonal growth. This approach is compatible with complementary metal-oxide−semiconductor line technology at a wafer scale and allows performing the cell culture on packaged chip outside microelectronics facilities. Rat cortical neurons were cultured on such patterned surfaces for over one month and displayed a very high degree of organization in large networks. Indeed, more than 90% of the network nodes were settled by a soma and 100% of the connecting lines were occupied by a neurite, with a very good selectivity (low parasitic cell connections). After optimization, networks composed of 75% of unicellular nodes were obtained, together with a control at the micron scale of the location of the somas. Finally, we demonstrated that the dendritic neuronal growth was guided by the surface functionalization, even when micrometer scale topologies were encountered and we succeeded to control the extension growth along one-dimensional-aligned nanostructures with sub-micrometrical scale precision. This novel approach now opens the way for precise monitoring of neuronal network activity at the single-cell level.
Published: 2018

13. Integration of FinFETs and 3D nanoprobes devices on a common bio-platform for monitoring electrical activity of single neurons

Author: Hélène Martin, Daniel Gonzalez-Dunia, Guilhem Larrieu, Adrien Casanova, L. Bettamin, Liviu Nicu, Fabrice Mathieu, Marie-Charline Blatché, Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Centre de Physiopathologie Toulouse Purpan (CPTP), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: High signal intensity, Computer science, 02 engineering and technology, Cellular level, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Noise (electronics), Electrical stimulations, visual_art, 0103 physical sciences, Electronic component, visual_art.visual_art_medium, Miniaturization, Premovement neuronal activity, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010306 general physics, 0210 nano-technology, Neuroscience
Abstract: International audience; Our knowledge of the functioning of the central nervous system still remains scarce to date. A better understanding of its behavior, in either normal or diseased conditions, goes through an increased knowledge of basic mechanisms involved in neuronal function, including at the single cell resolution. In that scope, the miniaturization of electronic components and emergence of nano-biotechnology open new perspectives to follow neuronal activities at the single cell level. Here, we propose to co-integrate very high surface-to-volume ratio active (Fin-FETs) and passive devices (vertical nanowire-probes) on the same platform to monitor electrical activity of single mammalian neurons. Very high signal noise ratio has been demonstrated, especially in intracellular configuration (up to 80). The bio-platform was used to examine the effect of bio-chemical and electrical stimulations on neuronal activity.
Published: 2017

14. Full system for piezoelectric organic MEMS resonators operating in liquid media

Author: Fabrice Mathieu, Cédric Ayela, Pierre-Henri Ducrot, Liviu Nicu, Isabelle Dufour, Laboratoire de l'intégration, du matériau au système (IMS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1
Subjects: Measuring System, Materials science, Enclosure, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, 010309 optics, Resonator, Viscosity, 0103 physical sciences, Electronic engineering, Electrical measurements, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Microelectromechanical systems, business.industry, Viscometer, Liquid Media, Organic Piezoelectric MEMS, 021001 nanoscience & nanotechnology, Piezoelectricity, Resonance Frequency, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Layer (electronics)
Abstract: International audience; Here is presented a full compact system enabling the integrated actuation and measurement of the resonance frequency of piezoelectric organic MEMS resonators in liquid media. The resonators contain a piezoelectric layer made of PVDF-TrFE for both the actuation and the readout of the MEMS. They are included into a watertight enclosure associated with a PCB and a dedicated electronic card, allowing electrical measurements in air and liquid media. An application for viscosity measurements of water/glycerol mixtures is presented and shows that results match with measurements made with a viscometer, without any knowledge of the mass density.
Published: 2017

15. Spin crossover materials for MEMS actuation: Film integration and characterization

Author: Sylvain Rat, Lionel Salmon, Liviu Nicu, Azzedine Bousseksou, Laurent Mazenq, Isabelle Séguy, Gábor Molnár, Thierry Leichle, Maria Dolores Manrique-Juarez, Fabrice Mathieu, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Équipe MICrosystèmes d'Analyse (LAAS-MICA), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Nanoelectromechanical systems, Materials science, Silicon, business.industry, Analytical chemistry, Spin transition, chemistry.chemical_element, Young's modulus, 02 engineering and technology, Structural engineering, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, symbols.namesake, chemistry, Spin crossover, Residual stress, symbols, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Thin film, 0210 nano-technology, business, Elastic modulus
Abstract: International audience; This work describes the integration of molecular spin crossover (SCO) compound [Fe(H2B(pz)2)2(phen)] 1 (H2B(pz)2 = dihydrobis(pyrazolyl)borate, phen = 1,10phenantroline) into silicon MEMS with the aim to determine the mechanical properties of the SCO thin film. Analytical methods using the experimental resonance frequency before and after deposition of 1 are used to extract the elastic modulus (E) and residual stress (σ) induced by the film deposition, leading to values of E = 6.9 ± 0.1 GPa and σ = 74.8 MPa respectively. Additional mechanical parameters as a consequence of the expected spin transition were also predicted. These results provide a step towards the integration of SCO materials for future applications as actuators in MEMS/NEMS devices.
Published: 2017

16. Fabrication and characterization of mechanical resonators integrating microcontact printed PZT films

Author: Denis Dezest, Olivier Thomas, Fabrice Mathieu, Aaron J. Welsh, Thierry Leichle, Susan Trolier-McKinstry, Daisuke Saya, Liviu Nicu, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), INSM, Laboratoire des Sciences de l'Information et des Systèmes (LSIS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Arts et Métiers Paristech ENSAM Aix-en-Provence-Université de Toulon (UTLN)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Arts et Métiers Paristech ENSAM Aix-en-Provence-Université de Toulon (UTLN)-Aix Marseille Université (AMU), Pennsylvania State University (Penn State), Penn State System, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Arts et Métiers Paristech ENSAM Aix-en-Provence-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Arts et Métiers Paristech ENSAM Aix-en-Provence-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: microcontact printing, Materials science, Cantilever, Fabrication, PZT, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Lead zirconate titanate, 01 natural sciences, NEMS, chemistry.chemical_compound, Etching, 0103 physical sciences, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, cantilever, 010301 acoustics, Lithography, Nanoelectromechanical systems, piezoelectricity, business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Piezoelectricity, chemistry, Microcontact printing, Optoelectronics, resonator, 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; We report on the fabrication and characterization of lead zirconate titanate (PZT)-coated cantilever resonators for the realization of piezoelectric nanoelectromechanical systems (NEMS) with integrated actuation and detection capabilities. PZT is deposited by microcontact printing, resulting in a relatively thin PZT film without deterioration of its piezoelectric properties induced by etching damage. The cantilever fabrication process is based on stepper ultraviolet lithography and standard micromaching. Electrical characterization was carried out with a dedicated electrical set-up enabling the devices' resonance frequency to be detected through the piezoelectric response. These characterizations validate the simultaneous actuation and detection capability of the PZT layer. Finally, modeling of the PZT cantilever results in the estimation of the piezoelectric coupling coefficient d*31. We have found excellent large signal d*31 of around 200 pm/V, even for PZT cantilevers with reduced dimensions.
Published: 2017

17. Additively patterned ferroelectric thin films with vertical sidewalls

Author: Aaron J. Welsh, Denis Dezest, Liviu Nicu, Susan Trolier-McKinstry, Pennsylvania State University (Penn State), Penn State System, Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Permittivity, Materials science, Silicon, business.industry, chemistry.chemical_element, Silicon on insulator, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Lead zirconate titanate, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, Micrometre, chemistry.chemical_compound, chemistry, Materials Chemistry, Ceramics and Composites, Optoelectronics, Wafer, Thin film, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, business, Lithography
Abstract: International audience; The functional properties of electroceramic thin films can be degraded by subtractive patterning techniques used for microelectromechanical (MEMS) applications. This work explores an alternative deposition technique, where lead zirconate titanate (PZT) liquid precursors are printed onto substrates in a desired geometry from stamp wells (rather than stamp protrusions). Printing from wells significantly increased sidewall angles (from ~1 to >35 degrees) relative to printing solutions from stamp protrusions. Arrays of PZT features were printed, characterized, and compared to continuous PZT thin films of similar thickness. Three-hundred-nanometer-thick printed PZT features exhibit a permittivity of 730 and a loss tangent of 0.022. The features showed remanent polarizations of 26 μC/cm2, and coercive fields of 95 kV/cm. The piezoelectric response of the features produced an e31,f of −5.2 C/m2. This technique was also used to print directly atop prepatterned substrates. Optimization of printing parameters yielded patterned films with 90° sidewalls. Lateral feature sizes ranged from hundreds of micrometers down to one micrometer. In addition, several device designs were prepatterned onto silicon on insulator (SOI) wafers (Si/SiO2/Si with thicknesses of 0.35/1/500 μm). The top patterned silicon was released from the underlying material, and PZT was directly printed and crystallized on the free-standing structures.
Published: 2017

18. Nanowire based bioprobes for electrical monitoring of electrogenic cells

Author: Hélène Martin, Marie-Charline Blatché, Daniel Gonzalez-Dunia, Liviu Nicu, Guilhem Larrieu, L. Bettamin, Adrien Casanova, Fabrice Mathieu, Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Centre de Physiopathologie Toulouse Purpan (CPTP), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), ANR-16-CE16-0013,MitoX,Analyse des mécanismes moléculaires et cellulaires des propriétés neuroprotectrices d'une protéine virale(2016), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: 0301 basic medicine, Fabrication, Materials science, Biocompatibility, Silicon, [SDV]Life Sciences [q-bio], Nanowire, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Signal-To-Noise Ratio, Cellular level, [SPI]Engineering Sciences [physics], 03 medical and health sciences, Miniaturization, Animals, General Materials Science, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Silicon nanowires, Neurons, Nanowires, business.industry, Brain, Equipment Design, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Rats, Electrophysiology, 030104 developmental biology, chemistry, visual_art, Electronic component, visual_art.visual_art_medium, Optoelectronics, [SDV.NEU]Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC], 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; The continuous miniaturization of electronic components and the emergence of nano-biotechnology has opened new perspectives to monitor electrical activities at the single cell level. Here, we describe the creation of very high surface-to-volume ratio passive devices (vertical nanowire probes) using large-scale fabrication process, allowing to follow the electrical activity of mammalian neurons. Based on conventional silicon processing, the silicon nanowires were silicided in platinum in order to improve their electrochemical performances and to guarantee their biocompatibility. Very high signal to noise ratio was achieved (up to 2000) when measuring spontaneous action potentials. Moreover, this bio-platform was used to record the impact of various bio-chemical and electrical stimulations on neuronal activity. To conclude, this study proposes a thorough comparison of the characteristics and performances of these new nanowire-based nanoprobes with the main alternative systems published up to now.
Published: 2018

19. Microelectromechanical systems integrating molecular spin crossover actuators

Author: Sylvain Rat, Liviu Nicu, Azzedine Bousseksou, Daisuke Saya, Fabrice Mathieu, Lionel Salmon, Maria Dolores Manrique-Juarez, Gábor Molnár, Thierry Leichle, Isabelle Séguy, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Équipe MICrosystèmes d'Analyse (LAAS-MICA), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Microelectromechanical systems, Nanoelectromechanical systems, Cantilever, Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), Condensed matter physics, Spin states, business.industry, Spin transition, Resonance, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Piezoresistive effect, 0104 chemical sciences, Spin crossover, Optoelectronics, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; Silicon MEMS cantilevers coated with a 200 nm thin layer of the molecular spin crossover complex [Fe(H2B(pz)2)2(phen)] (H2B(pz)2 = dihydrobis(pyrazolyl)borate and phen = 1,10-phenantroline) were actuated using an external magnetic field and their resonance frequency was tracked by means of integrated piezoresistive detection. The light-induced spin-state switching of the molecules from the ground low spin to the metastable high spin state at 10 K led to a well-reproducible shift of the cantilever's resonance frequency (Δfr = −0.52 Hz). Control experiments at different temperatures using coated as well as uncoated devices along with simple calculations support the assignment of this effect to the spin transition. This latter translates into changes in mechanical behavior of the cantilever due to the strong spin-state/lattice coupling. A guideline for the optimization of device parameters is proposed so as to efficiently harness molecular scale movements for large-scale mechanical work, thus paving the road for nanoelectromechanical systems (NEMS) actuators based on molecular materials.
Published: 2016

20. Electronic scheme for full control of organic piezoelectric MEMS resonatorss

Author: Pierre-Henri Ducrot, Fabrice Mathieu, Cédric Ayela, Liviu Nicu, Isabelle Dufour, Laboratoire de l'intégration, du matériau au système (IMS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1, Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Laboratoire de l'intégration, du matériau au système ( IMS ), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Service Instrumentation Conception Caractérisation ( LAAS-I2C ), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] ( LAAS ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ), and Équipe Microsystèmes électromécaniques ( LAAS-MEMS )
Subjects: Cantilever, Materials science, business.industry, Acoustics, Capacitive sensing, Electrical engineering, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Noise (electronics), Compensation (engineering), 010309 optics, Resonator, Parasitic capacitance, 0103 physical sciences, Phase noise, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, business, Coupling coefficient of resonators, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience; This work deals with an acquiring system dedicated to the measurement of the resonance frequency and the quality factor of organic piezoelectric resonators. These resonators consist of a free-standing cantilever and its non-released counterpart used to compensate electrical signals that are not due to mechanical behavior. The system uses a capacitive half-bridge with two AC voltages in opposite phases, associated with an IQ demodulator. The magnitudes of the two AC voltages can be set independently from one another, which enables a powerful compensation of parasitic capacitance. Thanks to this dedicated system, measurements of the resonance frequency of organic piezoelectric resonators both in air and liquid media have been performed. Several methods to determine accurately the resonance frequency have been tested and compared in terms of measurement noise.
Published: 2016

21. Switchable molecule-based materials for micro- and nanoscale actuating applications: Achievements and prospects

Author: Carlos M. Quintero, Azzedine Bousseksou, Sylvain Rat, Gábor Molnár, Maria Dolores Manrique-Juarez, Helena J. Shepherd, Liviu Nicu, Lionel Salmon, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Bath [Bath], Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Molecular switch, Chemistry, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Volume change, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, Inorganic Chemistry, Materials Chemistry, Molecule, Physical and Theoretical Chemistry, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, Molecular materials, Actuator, Nanoscopic scale
Abstract: International audience; Molecular switches rely on various physico-chemical phenomena, and in most cases the switching event is accompanied by a significant rearrangement of atomic positions. At the macroscopic level the long range order of switching molecules usually results in a collective, or even cooperative, volume change, which can be readily exploited for actuating purposes. These molecular (or molecule-based) systems can provide multiple advantages for this type of application due, primarily, to their intrinsic chemical and functional versatility and the small size of their functional units. This review provides an overview of advances and presents the prospects for integrating switchable molecular materials as active elements into actuator devices, with particular emphasis on micro- and nanoscale systems.
Published: 2016

22. HIGH-K THIN FILMS AS DIELECTRIC TRANSDUCERS FOR FLEXURAL M/NEMS RESONATORS

Author: Olivier Thomas, Bernard Legrand, Adrian Laborde, Cécile Fuinel, Laurent Mazenq, Liviu Nicu, Thierry Leichle, Khadim Daffe, Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Laboratoire des Sciences de l'Information et des Systèmes (LSIS), Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Arts et Métiers Paristech ENSAM Aix-en-Provence-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), IEEE, Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Arts et Métiers Paristech ENSAM Aix-en-Provence-Université de Toulon (UTLN)-Aix Marseille Université (AMU)
Subjects: Nanoelectromechanical systems, Materials science, business.industry, Orders of magnitude (temperature), 02 engineering and technology, Dielectric, 021001 nanoscience & nanotechnology, 7. Clean energy, Atomic layer deposition, chemistry.chemical_compound, Flexural strength, Silicon nitride, chemistry, Electronic engineering, Optoelectronics, Thin film, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, business, High-κ dielectric
Abstract: International audience; We show that a nanometer-thick high-K material can be used as an electromechanical transducer to actuate the flexural mode of micro/nanoresonators. In this study, a 15 nm silicon nitride layer is employed on top of 320 nm thick silicon beams. The devices, smaller by 2 orders of magnitude than in previous studies, are successfully driven into vibration at resonance frequencies greater than 1 MHz, nanometer amplitudes, and quality factors greater than 2,000 in vacuum. We also deduce the transduction efficiency from a thermomechanical displacement noise calibration. This work paves the way for efficient electromechanical transduction scheme at the nanoscale, which would be further strengthened by the use of high-K dielectric materials obtained by atomic layer deposition.
Published: 2016

23. Biological functionalization of massively parallel arrays of nanocantilevers using microcontact printing

Author: Christophe Thibault, Thierry Leichle, Christophe Vieu, A. Bouchier, Denis Dezest, S. Salomon, Laurent Mazenq, S. Guillon, Liviu Nicu, Fabrice Mathieu, Florent Seichepine, Équipe Ingénierie pour les sciences du vivant (LAAS-ELIA), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: 010302 applied physics, Nanoelectromechanical systems, Nanostructure, Cantilever, Materials science, Nanocantilever, Metals and Alloys, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 01 natural sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Microcontact printing, 0103 physical sciences, Materials Chemistry, Surface modification, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Electrical and Electronic Engineering, 0210 nano-technology, Instrumentation, Biosensor, Massively parallel
Abstract: International audience; In this paper, we present a back-end method for biofunctionalizing a large-scale array of nanocantilevers. Our method relies on the use of a modified microcontact printing process where molecules are delivered onto the fragile structures from the grooves of the stamp while its base sits on the chip, thus providing mechanical stability. We have used this method to print antibodies onto fabricated chips containing up to 105 nanostructures/cm2and the presence of antibodies was validated by fluorescent microscopy. Furthermore, measurement of the nanocantilever resonant frequency shifts provoked by a mean added mass of ∼140 fg/cantilever demonstrated that the cantilevers retained their mechanical integrity. Hence, the method presented here aims at providing an answer to the biofunctionalization of freestanding nanostructures for their use as biosensors
Published: 2012

24. Antibody–antigenic peptide interactions monitored by SPR and QCM-D

Author: Martine Pugnière, Françoise Roquet, Cédric Ayela, Claude Granier, Lionel Valera, Liviu Nicu, Laboratoire de l'intégration, du matériau au système (IMS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Institut de Recherche en Infectiologie de Montpellier (IRIM), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sysdag, Sysdiag CNRS Bio-Rad UMR 3145, Cap Delta/Parc Euromédecine, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Modélisation et ingéniérie des systèmes complexes pour le diagnostic (MISCD), BIO-RAD FRANCE HOLDING-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier (IRCM - U1194 Inserm - UM), and CRLCC Val d'Aurelle - Paul Lamarque-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM)
Subjects: [SDV]Life Sciences [q-bio], Biomedical Engineering, Biophysics, Peptide, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Antigen, Electrochemistry, Surface plasmon resonance, Peptide sequence, Detection limit, chemistry.chemical_classification, Chromatography, biology, Chemistry, 010401 analytical chemistry, General Medicine, Quartz crystal microbalance, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Biochemistry, Polyclonal antibodies, biology.protein, Antibody, 0210 nano-technology, Biotechnology
Abstract: International audience; This work reports on a complementary use of surface plasmon resonance (SPR) and quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) technologies to study interactions between a peptide antigen and polyclonal antibodies, in an experimental format suitable for diagnostic assays of autoimmune diseases. In the chosen model, a synthetic peptide from the juxtamembrane region of IA-2 (a type 1 diabetes associated antigen) was immobilized by an optimized chemical protocol applicable to both BIACORE and QCM-D sensors. A thorough study of the peptide immobilization was performed to optimize the signal-to-noise ratio using mixed self-assembled monolayers (SAM) on a gold surface. Introduction of polyethylene glycol (EG6) chains into mixed SAM layers and addition of an anionic surfactant to the human serum reduced non-specific binding without modifying the viscoelasticity properties of the layer. Under our conditions, the antibody SPR detection limit was determined to be 0.2 nM in diluted human serum. This value is in agreement with the reported rank distribution of IA-2 antibodies in diabetic patient sera. Label-free and real-time technologies such as SPR and/or QCM-D could be precious tools in future diagnostic assays.
Published: 2007

25. Determination of the effective mass and stiffness of a micro resonator from a single optical characterization

Author: Liviu Nicu, Denis Dezest, A. Bhaswara, Bernard Legrand, Thierry Leichle, Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: 02 engineering and technology, 01 natural sciences, law.invention, 010104 statistics & probability, Resonator, symbols.namesake, Effective mass (solid-state physics), Optics, law, medicine, Spectral analysis, 0101 mathematics, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Physics, business.industry, Astrophysics::Instrumentation and Methods for Astrophysics, Stiffness, Vibration amplitude, 021001 nanoscience & nanotechnology, Jacobi–Anger expansion, Photodiode, Interferometry, symbols, medicine.symptom, 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; We propose a method for the experimental determination of the effective mass and stiffness of a micro mechanical resonator using optical interferometry in a Fabry-Perot configuration. The method relies on the spectral analysis of the photodiode signal, which is ruled by the Jacobi-Anger expansion, allowing the absolute calibration of the vibration amplitude. Effective parameters are then calculated from the thermomechanical noise spectrum of the resonator. As an example of application, the method is applied to the determination of the effective parameters of an AFM probe.
Published: 2015

26. Geometry optimization of uncoated silicon microcantilever-based gas density sensors

Author: Isabelle Dufour, Johan Bertrand, Fabrice Mathieu, Thierry Leichle, Laurent Mazenq, Mohand-Tayeb Boudjiet, Liviu Nicu, Stephen M. Heinrich, Claude Pellet, Laboratoire de l'intégration, du matériau au système (IMS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Agence Nationale pour la Gestion des Déchets Radioactifs (ANDRA), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Department of Civil, Construction and Environmental Engineering [Milwaukee], Marquette University [Milwaukee], Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: Materials science, Cantilever, Hydrogen, Silicon, Analytical chemistry, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Hydrogen sensor, Noise (electronics), sensitivity optimization, Density sensor, Resonator, Phase (matter), Materials Chemistry, Electrical and Electronic Engineering, Composite material, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Instrumentation, hydrogen sensor, 010401 analytical chemistry, Metals and Alloys, Natural frequency, hydrodynamic function, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry, Euler-Bernoulli beam theory, geometry optimization, 0210 nano-technology, microcantilever
Abstract: International audience; In the absence of coating, the only way to improve the sensitivity of silicon microcantilever-based density sensors is to optimize the device geometry. Based on this idea, several microcantilevers with different shapes (rectangular-, U-and T-shaped microstructures) and dimensions have been fabricated and tested in the presence of hydrogen/ nitrogen mixtures (H 2 /N 2) of various concentrations ranging from 0.2% to 2%. In fact, it is demonstrated that wide and short rectangular cantilevers are more sensitive to gas density changes than U-and T-shaped devices of the same overall dimensions, and that the thickness doesn't affect the sensitivity despite the fact that it affects the resonant frequency. Moreover, because of the phase linearization method used for the natural frequency estimation, detection of a gas mass density change of 2 mg/l has been achieved with all three microstructures. In addition, noise measurements have been used to estimate a limit of detection of 0.11 mg/l for the gas mass density variation (corresponding to a concentration of 100 ppm of H 2 in N 2), which is much smaller than the current state of the art for uncoated mechanical resonators.
Published: 2015

27. MISFET-based biosensing interface for neurons guided growth and neuronal electrical activities recording

Author: Florian Larramendy, Pierre Temple-Boyer, Amel Bendali, Fabrice Mathieu, Marie-Charline Blatché, Liviu Nicu, Serge Picaud, Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut de la Vision, Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Équipe MICrosystèmes d'Analyse (LAAS-MICA), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Temple-Boyer, Pierre
Subjects: Materials science, Neurite, [SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Interface (computing), action potential measurement, Lymnaea stagnalis, 02 engineering and technology, law.invention, 03 medical and health sciences, chemistry.chemical_compound, law, Materials Chemistry, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Instrumentation, 030304 developmental biology, 0303 health sciences, FET microdevice, biology, Transistor, Metals and Alloys, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, biology.organism_classification, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry, nervous system, neuronal interface, Field-effect transistor, 0210 nano-technology, Biosensor, Neuroscience, MISFET, Picrotoxin
Abstract: International audience; A hybrid circuit of a transistor-based chip was implemented and characterized for the neuronal electrical activity recording. The integration of microfluidic architectures was developed to control precisely neurites outgrowth and form topologically defined and stable neural networks. Individual neural cells from rat retinae and Lymnaea stagnalis snails were immobilized on gates regions of Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistors (MISFET). Neuronal orientation was achieved in both cases but neuronal action potentials were only recorded in the Lymnaea stagnalis case. They were successfully triggered and inhibited by implementing a picrotoxin-GABA – picrotoxin injection protocol, exhibiting a direct influence of picrotoxin on the "spike type" action potential waveform. The implementation of the whole process of neuronal culture and subsequent activity monitoring constitutes a proof-of-principle experiment for the development of neuroelectronic systems for signal processing studies adapted to low-density neuronal cultures.
Published: 2014

28. Parallel detection in liquid phase of N-channel MOSFET/ChemFET microdevices using saturation mode

Author: Pierre Temple-Boyer, Liviu Nicu, Samuel Charlot, Fabrice Mathieu, Florian Larramendy, Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe MICrosystèmes d'Analyse (LAAS-MICA), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), and Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Subjects: Materials science, Interface (computing), on board electronics, Analytical chemistry, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, law.invention, dynamic measurements, MOSFET, law, Materials Chemistry, Fluidics, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Instrumentation, Electrochemical potential, business.industry, 010401 analytical chemistry, Transistor, Metals and Alloys, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Chip, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, ChemFET, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Saturation (chemistry), Realization (systems)
Abstract: International audience; MOSFET and ChemFET are currently being used in many types of applications for the measurement of electrochemical potential and pH in liquid phase. This paper presents the realization of an analysis micro device including the micro sensor chip, the on-board electronic and the associated fluidics. The whole micro system can be easily transported, used for cellular cultures monitoring or chemical test thanks to a specific electronic interface. Using the transistor saturation mode, this interface enables both static and dynamic measurements for ChemFET and MOSFET-based devices, reducing electrical measurement interferences (up to 50dB) coming from the liquid phase.
Published: 2013

29. Piezoelectric parametric amplifiers with integrated actuation and sensing capabilities

Author: W. Mansfield, Liviu Nicu, Fabrice Mathieu, Susan Trolier-McKinstry, Olivier Thomas, C. Huang, Laboratoire des Sciences de l'Information et des Systèmes (LSIS), Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Arts et Métiers Paristech ENSAM Aix-en-Provence-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Nanofabrication Laboratory, Pennsylvania State University (Penn State), Penn State System-Penn State System, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Arts et Métiers Paristech ENSAM Aix-en-Provence-Université de Toulon (UTLN)-Aix Marseille Université (AMU), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: Microelectromechanical systems, Materials science, Amplifier, [SPI.MECA.VIBR]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Vibrations [physics.class-ph], 02 engineering and technology, [SPI.MECA.MSMECA]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Materials and structures in mechanics [physics.class-ph], [SPI.MECA]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph], [SPI.MECA.SOLID]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Solid mechanics [physics.class-ph], 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Piezoelectricity, [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics, Nonlinear system, Resonator, Quality (physics), [SPI.MECA.STRU]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Structural mechanics [physics.class-ph], Q factor, 0103 physical sciences, Electronic engineering, Piezoelectric, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010306 general physics, 0210 nano-technology, Parametric statistics
Abstract: International audience; We report in this work on unprecedented levels of parametric amplification in microelectromechanical systems (MEMS) resonators with integrated piezoelectric actuation and sensing capabilities operated in air. The method presented here relies on accurate analytical modeling taking into account the geometrical nonlinearities inherent to the bridge-like configuration of the resonators used. The model provides, for the first time, precise analytical formula of the quality factor (Q) enhancement depending on the resonant mode examined. Experimental validations were conducted for resonant modes exhibiting, respectively, hard and soft-spring effects when driven in the nonlinear regime; Q amplification by a factor up to 14 has been obtained in air.
Published: 2013

30. The Microcantilever: a Versatile Tool for Measuring the Rheological Properties of Complex Fluids

Author: Cédric Ayela, Matthieu Guirardel, Fabrice Mathieu, Hamid Kellay, Claude Pellet, Annie Colin, Daisuke Saya, Abdelhamid Maali, Yacine Amarouchene, Benjamin Caillard, Liviu Nicu, Isabelle Dufour, Etienne Lemaire, Ahmad Darwiche, Mohamed Youssry, Laboratoire de l'intégration, du matériau au système (IMS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine (LOMA), Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire du Futur (LOF), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-RHODIA-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-RHODIA-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Materials science, Article Subject, Physics::Instrumentation and Detectors, Measure (physics), 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Viscoelasticity, Shear modulus, Physics::Fluid Dynamics, Viscosity, Rheology, lcsh:Technology (General), 0103 physical sciences, Shear stress, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010306 general physics, Instrumentation, Complex fluid, Analytical equations, Mechanics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Computer Science::Other, Control and Systems Engineering, lcsh:T1-995, 0210 nano-technology
Abstract: Silicon microcantilevers can be used to measure the rheological properties of complex fluids. In this paper, two different methods will be presented. In the first method, the microcantilever is used to measure the hydrodynamic force exerted by a confined fluid on a sphere that is attached to the microcantilever. In the second method, the measurement of the microcantilever's dynamic spectrum is used to extract the hydrodynamic force exerted by the surrounding fluid on the microcantilever. The originality of the proposed methods lies in the fact that not only may the viscosity of the fluid be measured, but also the fluid's viscoelasticity, that is, both viscous and elastic properties, which are key parameters in the case of complex fluids. In both methods, the use of analytical equations permits the fluid's complex shear modulus to be extracted and expressed as a function of shear stress and/or frequency.
Published: 2012

31. A combination of capillary and dielectrophoresis-driven assembly methods for wafer scale integration of carbon-nanotube-based nanocarpets

Author: Emmanuel Flahaut, Guilhem Larrieu, Samuel Guillon, Sven Salomon, Florent Seichepine, Christophe Vieu, Maéva Collet, Liviu Nicu, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - INSA (FRANCE), Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace - ISAE-SUPAERO (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Subjects: Materials science, Capillary action, Macromolecular Substances, Surface Properties, Molecular Conformation, Carbon nanotubes, Dielectrophoresis, Bioengineering, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Carbon nanotube, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, law.invention, law, Materials Testing, General Materials Science, Wafer, Electrical and Electronic Engineering, Particle Size, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Wafer-scale integration, Electronic applications, Nanotubes, Carbon, Mechanical Engineering, Electrophoresis, Capillary, Ranging, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Systems Integration, Interferometry, Micro et nanotechnologies/Microélectronique, Mechanics of Materials, Electrode, 0210 nano-technology, Crystallization
Abstract: The wafer scale integration of carbon nanotubes (CNT) remains a challenge for electronic and electromechanical applications. We propose a novel CNT integration process relying on the combination of controlled capillary assembly and buried electrode dielectrophoresis (DEP). This process enables us to monitor the precise spatial localization of a high density of CNTs and their alignment in a pre-defined direction. Large arrays of independent and low resistivity (4:4 10 5 m) interconnections were achieved using this hybrid assembly with double-walled carbon nanotubes (DWNT). Finally, arrays of suspended individual CNT carpets are realized and we demonstrate their potential use as functional devices by monitoring their resonance frequencies (ranging between 1.7 and 10.5 MHz) using a Fabry‐Perot interferometer. (Some figures may appear in colour only in the online journal)
Published: 2012

32. Integrative technology-based approach of microelectromechanical systems (MEMS) for biosensing applications

Author: Thomas Alava, Caroline Soyer, Denis Remiens, Daisuke Saya, Karsten Haupt, Jean-Bernard Pourciel, Thierry Leichle, Liviu Nicu, Fabrice Mathieu, Cédric Ayela, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Laboratoire de l'intégration, du matériau au système (IMS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Génie Enzymatique et Cellulaire (GEC), Université de Technologie de Compiègne (UTC)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Microelectromechanical systems, Cantilever, Fabrication, Materials science, Analogue electronics, Cytochromes c, Nanotechnology, Biosensing Techniques, Equipment Design, 02 engineering and technology, Micro-Electrical-Mechanical Systems, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Piezoresistive effect, 0104 chemical sciences, Equipment Failure Analysis, Systems Integration, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, Biosensor, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Microscale chemistry, Microfabrication
Abstract: In this work we simultaneously aim at addressing the design and fabrication of microelectromechanical systems (MEMS) for biological applications bearing actuation and readout capabilities together with adapted tools dedicated to surface functionalization at the microscale. The biosensing platform is based on arrays of silicon micromembranes with piezoelectric actuation and piezoresistive read-out capabilities. The detection of the cytochrome C protein using molecularly imprinted polymers (MIPs) as functional layer is demonstrated. The adapted functionalization tool specifically developed to match the micromembranes' platform is an array of silicon cantilevers incorporating precise force sensors for the trim and force measurements during deposition of biological materials onto the sensors' active area. In either case, associated analog electronics is specifically realized to deal with specific signals treatment fed through the MEMS-based devices.
Published: 2012

33. Lead zirconate titanate nanoscale patterning by ultraviolet-based lithography lift-off technique for nano-electromechanical system applications

Author: Laurent Mazenq, Daisuke Saya, Samuel Guillon, Caroline Soyer, Jean Costecalde, Liviu Nicu, Denis Remiens, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), and Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)
Subjects: 010302 applied physics, Nanoelectromechanical systems, Materials science, Acoustics and Ultrasonics, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Lead zirconate titanate, 01 natural sciences, law.invention, chemistry.chemical_compound, Nanolithography, chemistry, Resist, law, 0103 physical sciences, Wafer, Electrical and Electronic Engineering, Photolithography, 0210 nano-technology, Instrumentation, Lithography, Next-generation lithography
Abstract: The advantage of using lead zirconate titanate (PbZr(0.54)Ti(0.46)O(3)) ceramics as an active material in nanoelectromechanical systems (NEMS) comes from its relatively high piezoelectric coefficients. However, its integration within a technological process is limited by the difficulty of structuring this material with submicrometer resolution at the wafer scale. In this work, we develop a specific patterning method based on optical lithography coupled with a dual-layer resist process. The main objective is to obtain sub-micrometer features by lifting off a 100-nm-thick PZT layer while preserving the material's piezoelectric properties. A subsequent result of the developed method is the ability to stack several layers with a lateral resolution of few tens of nanometers, which is mandatory for the fabrication of NEMS with integrated actuation and read-out capabilities.
Published: 2012

34. Arrays of Nano-Electromechanical Biosensors Functionalized by Microcontact Printing

Author: Denis Dezest, Samuel Guillon, Thierry Leichle, Christophe Thibault, Christophe Vieu, Liviu Nicu, Sven Salomon, Florent Seichepine, Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe Ingénierie pour les sciences du vivant (LAAS-ELIA), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Fluorescence-lifetime imaging microscopy, Materials science, Nanostructure, Nanoparticle, FOS: Physical sciences, Bioengineering, Nanotechnology, Biosensing Techniques, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Molecular Imprinting, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), General Materials Science, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Immunoassay, Nanoelectromechanical systems, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, Mechanical Engineering, Equipment Design, General Chemistry, Micro-Electrical-Mechanical Systems, Microarray Analysis, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Equipment Failure Analysis, Condensed Matter - Other Condensed Matter, Mechanics of Materials, Microcontact printing, Nanoparticles, Surface modification, 0210 nano-technology, Molecular imprinting, Biosensor, Other Condensed Matter (cond-mat.other)
Abstract: The biofunctionalization of nanoelectromechanical structures is critical for the development of new classes of biosensors displaying improved performances and higher-level of integration. We propose a modified microcontact printing method for the functionalization and passivation of large arrays of nanocantilevers in a single, self-aligned step. Using fluorescence microscopy and resonant frequency measurements, we demonstrate (1) the bioactivity and the anti-fouling property of deposited antibodies and BSA molecules and (2) the preservation of the nanostructures' mechanical integrity., Comment: 20 pages, 5 figures
Published: 2012
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35. Three-dimensional closed microfluidic channel fabrication by stepper projection single step lithography: the diabolo effect

Author: Liviu Nicu, Pierre Temple-Boyer, Florian Larramendy, Laurent Mazenq, Équipe MICrosystèmes d'Analyse (LAAS-MICA), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Fabrication, Microfluidics, Biomedical Engineering, Process (computing), Bioengineering, Nanotechnology, 02 engineering and technology, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Fluid transport, 01 natural sciences, Biochemistry, Microsystem, 0103 physical sciences, Stepper, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, Projection (set theory), Lithography
Abstract: International audience; Microfluidic devices are currently being used in many types of biochemical microsystems for the liquid phase analysis in the frame of medical applications. This paper presents a new technique for the realization of microfluidic channels using SU-8, a commonly used epoxy-based negative photo-resist. These microchannels were fabricated owing to a single stepper UV-photolithography process. By changing the process parameters, e.g. the optical focus depth and the UV exposure dose, well-defined, covered microchannels with various dimensions and aspect ratios were realized and proven to be effective for the fluid transport by capillarity. This technique can easily be used for the fabrication of microfluidic devices in microanalysis and lab-on-chip applications realm.
Published: 2011

36. Lead-zirconate titanate (PZT) nanoscale patterning by ultraviolet-based lithography lift-off technique for nano-electromechanical systems applications

Author: D. Saya, Laurent Mazenq, Caroline Soyer, Denis Remiens, S. Guillon, Jean Costecalde, Liviu Nicu, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), and Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)
Subjects: 010302 applied physics, Nanoelectromechanical systems, Materials science, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Lead zirconate titanate, 01 natural sciences, Piezoelectricity, law.invention, chemistry.chemical_compound, Nanolithography, Resist, chemistry, law, 0103 physical sciences, Wafer, Photolithography, 0210 nano-technology, Lithography
Abstract: The advantage of using lead zirconate-titanate (PbZr 0.54 Ti 0.46 O 3 ) ceramics as an active material in nano-electromechanical systems (NEMS) comes from its relatively high piezoelectric coefficients. However, its integration within a technological process is limited by the difficulty of structuring this material with submicrometer resolution at the wafer scale. In this work, we are developed a specific patterning method based on optical lithography coupled with a dual layer resist process. The main objective is to obtain sub-micron features by lifting off a 100 nm thick PZT layer while preserving the material's piezoelectric properties. A subsequent result of the developed method is the ability to stack several layers with a lateral resolution of few tens of nanometers, which is mandatory for the fabrication of NEMS with integrated actuation and read-out capabilities.
Published: 2011

37. Effect of non-ideal clamping shape on the resonance frequencies of silicon nanocantilevers

Author: Daisuke Saya, Samuel Guillon, Arnaud Lazarus, Liviu Nicu, P. Vincent, Olivier Thomas, Sorin Perisanu, Laurent Mazenq, Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et Nanostructures (LPMCN), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés (LMSSC), Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)-HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)
Subjects: Silicon, Cantilever, Materials science, Silicon on insulator, chemistry.chemical_element, Bioengineering, 02 engineering and technology, Curvature, 01 natural sciences, Vibration, [SPI]Engineering Sciences [physics], Optics, 0103 physical sciences, General Materials Science, Wafer, Electrical and Electronic Engineering, Stepper, Lithography, 010302 applied physics, business.industry, Mechanical Engineering, [SPI.MECA.VIBR]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Vibrations [physics.class-ph], General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Nanocantilevers, Clamping, chemistry, Mechanics of Materials, 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; In this paper, we investigate the effects of non-ideal clamping shapes on the dynamic behavior of silicon nanocantilevers. We fabricated silicon nanocantilevers using silicon on insulator (SOI) wafers by employing stepper ultraviolet (UV) lithography, which permits a resolution of under 100 nm. The nanocantilevers were driven by electrostatic force inside a scanning electron microscope (SEM). Both lateral and out-of-plane resonance frequencies were visually detected with the SEM. Next, we discuss overhanging of the cantilever support and curvature at the clamping point in the silicon nanocantilevers, which generally arises in the fabrication process. We found that the fundamental out-of-plane frequency of a realistically clamped cantilever is always lower than that for a perfectly clamped cantilever, and depends on the cantilever width and the geometry of the clamping point structure. Using simulation with the finite-elements method, we demonstrate that this discrepancy is attributed to the particular geometry of the clamping point (non-zero joining curvatures and a flexible overhanging) that is obtained in the fabrication process. The influence of the material orthotropy is also investigated and is shown to be negligible.
Published: 2011

38. Piezoelectric-actuated, piezoresistive-sensed circular micromembranes for label-free biosensing applications

Author: Caroline Soyer, Fabrice Mathieu, Liviu Nicu, Thomas Alava, Yannick Morel, Denis Remiens, Pascal Rameil, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), and Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)
Subjects: Fabrication, Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), biology, business.industry, 010401 analytical chemistry, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, biology.organism_classification, 01 natural sciences, Piezoelectricity, Piezoresistive effect, 0104 chemical sciences, [SPI]Engineering Sciences [physics], Bacillus atrophaeus, Normal mode, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Biosensor, Microscale chemistry, Microfabrication
Abstract: In this paper, we report on the fabrication and characterization of the dynamic behavior of circular micromembranes integrating a piezoelectric thin film for actuation and a boron-doped silicon piezoresistor for sensing purposes. Resonant frequencies corresponding to high-order modes of vibration are measured, respectively, in air and deionized water. The measurements are compared with theoretical values calculated using the extended Lamb’s model [H. Lamb, Proc. R. Soc. London 98, 205 (1920)] adapted to the microscale. Moreover, label-free detection of Bacillus atrophaeus (or B. atrophaeus) with a concentration of 108 spores/mL is repeatedly performed in real-time which assesses the biosensing potential of microscale circular membranes bearing actuation and sensing elements.
Published: 2010

39. Extended Lamb's model application to high-order resonances of micromachined circular membranes with integrated actuation and sensing capabilities

Author: Fabrice Mathieu, Denis Remiens, Thomas Alava, Caroline Soyer, Liviu Nicu, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), and Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)
Subjects: Materials science, Basis (linear algebra), Acoustics, Silicon on insulator, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, Surface micromachining, Membrane, Electronic engineering, Wafer, Sensitivity (control systems), 0210 nano-technology, Microscale chemistry, Microfabrication
Abstract: Chips (5mm×5mm) containing 5 self-actuated/self-sensed membranes have been fabricated by standard micromachining techniques starting with a Silicon-On-Insulator wafer and their dynamic behavior in liquid media was thoroughly considered by means of analytical modeling. An extended theoretical model on the basis of H. Lamb's seminal work is validated at the microscale and allows calculating resonant frequencies in liquid media using analytical formulation. Despite the complex multilayered structure of the circular membranes, the model allows further estimating mass-sensing specifications such as mass sensitivity and minimum detectable mass. Moreover, being purely analytical, the main advantage of the extended Lamb's model consists on its ability to build close-form expressions which can be used as design rules for bioMEMS designers in order to enhance the performances of circular micromembranes-based sensors.
Published: 2010

40. Silicon-based micromembranes with piezoelectric actuation and piezoresistive detection for sensing purposes in liquid media

Author: Laurent Mazenq, Caroline Soyer, Fabrice Mathieu, Denis Remiens, Thomas Alava, Liviu Nicu, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), and Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)
Subjects: Engineering, business.industry, Oscillation, Mechanical Engineering, 010401 analytical chemistry, Thin layer, Electrical engineering, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Piezoelectricity, Piezoresistive effect, 0104 chemical sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Silicon based, Vibration, Quality (physics), Mechanics of Materials, Optoelectronics, Electrical and Electronic Engineering, 0210 nano-technology, business
Abstract: In this paper, the authors report for the first time the physical cointegration of piezoelectric actuation and piezoresistive detection on resonating micromembranes dedicated to microgravimetric biosensing applications. The micromembranes are oscillated by a reverse piezoelectric phenomenon provided by a PbZrxTi1−xO3 46/54 thin layer. The oscillation amplitudes are read-out by measuring the resistance change of piezoresistors precisely located on the clamped edges of each micromembrane. The detection of the micromembranes' resonant frequencies is reported in air and deionized water. A dedicated electronic set-up operating the micromembranes in a closed-loop configuration is described. The set-up enables multiplexed tracking of four micromembranes' resonant frequencies in liquid media while enhancing the corresponding quality factors' values. Increases up to 11-fold of the micromembranes' quality factors in liquid is reported for the (0,1) vibration mode. A quality factor of up to 417 is reported in fluid.
Published: 2010

41. Actuation and sensing integration challenges at the microscale : the Gordian Knot of the resonant bioMEMS realm

Author: Fabrice Mathieu, Cédric Ayela, Thomas Alava, Denis Remiens, Caroline Soyer, Liviu Nicu, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Laboratoire de l'intégration, du matériau au système (IMS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, Fabrication, business.industry, Bandwidth (signal processing), Nanotechnology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Piezoelectricity, 0104 chemical sciences, Surface micromachining, Membrane, Optoelectronics, Wafer, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, business, Biosensor, Microscale chemistry, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: Sensing platforms (5mm*5mm) containing 5 piezoelectric membranes have been fabricated by standard micromachining techniques starting with a Silicon-On-Insulator wafer. Each membrane (circular, with radius varying from 360 microns to 440 microns) could be individually actuated through a PZT 1-micron thick film and sensed either via the same piezoelectric patch or via two terminal piezoresistances (obtained by boron implantation) placed at high-stress location onto the devices. Specific associated electronics (bandwidth of 2 MHz) have been designed and realized so that multiplexed actuation and sensing of all membranes resonant frequencies can be performed either in open-loop or closed-loop mode.
Published: 2010

42. Parallel acoustic detection of biological warfare agents surrogates by means of piezoelectric immunochips

Author: Nathalie Berthet-Duroure, Martine Pugnière, Liviu Nicu, Pascal Rameil, Thomas Alava, Cédric Ayela, Emmanuelle Trévisiol, Yannick Morel, Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés (LISBP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Institut de Recherche en Infectiologie de Montpellier (IRIM), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'Etudes du Bouchet, Direction Generale de l'Armement, Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Laboratoire de l'intégration, du matériau au système (IMS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Ingénierie pour les sciences du vivant (LAAS-ELIA), Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier (IRCM - U1194 Inserm - UM), CRLCC Val d'Aurelle - Paul Lamarque-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM), Institut de Recherche en Communications et en Cybernétique de Nantes (IRCCyN), Mines Nantes (Mines Nantes)-École Centrale de Nantes (ECN)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-PRES Université Nantes Angers Le Mans (UNAM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de recherche en cancérologie de Montpellier (IRCM - U896 Inserm - UM1), Université Montpellier 1 (UM1)-CRLCC Val d'Aurelle - Paul Lamarque-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] ( LAAS ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ), Biochip and Bionanotechnogy, Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés ( LISBP ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut de Recherche en Infectiologie de Montpellier ( IRIM ), Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), and Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Montpellier ( UM )
Subjects: [SDV]Life Sciences [q-bio], Nanotechnology, Air sampler, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, [SPI]Engineering Sciences [physics], Materials Chemistry, Parallel detection, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Instrumentation, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Chromatography, biology, Chemistry, 010401 analytical chemistry, fungi, Metals and Alloys, Monitoring system, Quartz crystal microbalance, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, biology.organism_classification, Piezoelectricity, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Bacillus atrophaeus, Cydia pomonella granulosis virus, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, Biosensor
Abstract: International audience; This paper focuses on flow functionalization of piezoelectric immunochips with antibodies against four different biological warfare agents (BWA) surrogates. To perform parallel detection of all BWA surrogates at once, the E4 Quartz Crystal Microbalance with Dissipation monitoring system (QCM-D) is used. Assessment of antibodies immobilization, parallel detection of related BWA surrogates diluted in buffer solutions and regeneration of the complex antibodies/BWA surrogates are first discussed. Minimal detection thresholds for Escherichia coli MRE 162, Bacillus atrophaeus, Cydia pomonella granulosis virus (CpGV) and ovalbumin are respectively equal to 2.4 × 107 CFU/mL, 1.4 × 106 spores/mL, 1.1 × 108 granules/mL and 1 μg/mL.Detection experiments for three of the four BWA surrogates (E. coli MRE 162, B. atrophaeus and ovalbumin) immersed in real liquid matrices from air sampler are successfully performed.
Published: 2009

43. Individual blood-cell capture and 2D organization on microarrays

Author: Sandra Cortès, Yoann Roupioz, Thierry Livache, Nathalie Berthet-Duroure, Pascal Mailley, Thierry Leichle, Liviu Nicu, Jean-Bernard Pourciel, Patrice N. Marche, and Marie-Bernadette Villiers
Subjects: Materials science, Lymphocyte, Protein Array Analysis, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Cell Separation, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Sensitivity and Specificity, Biomaterials, Blood cell, medicine, Humans, General Materials Science, Biochip, Cells, Cultured, Blood Cells, Reproducibility of Results, General Chemistry, Blood Proteins, Equipment Design, Microfluidic Analytical Techniques, 021001 nanoscience & nanotechnology, Flow Cytometry, 0104 chemical sciences, Equipment Failure Analysis, medicine.anatomical_structure, Biophysics, Cellular antigens, Gold surface, DNA microarray, 0210 nano-technology, Biotechnology
Abstract: The image shows living B lymphocytes captured on a microcantilever-arrayed biochip. Antibodies targeting cellular antigens are pyrrole-modified and then electropolymerized into polypyrrole films on a gold surface. The arrayed feature size is close to a lymphocyte size and thus allows efficient cell capture and organization. Gold layers can thus be arrayed in a predetermined manner that gives access to organized blood cells on surfaces. Each line is separated from the other by 50 µm.
Published: 2009

44. Flambage et vibrations non-linéaires d'une plaque stratifiée piézoélectrique. Application à un capteur de masse MEMS

Author: Cyril Touzé, Liviu Nicu, Olivier Thomas, Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés (LMSSC), Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Unité de Mécanique (UME), École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris), Association Française de Mécanique, HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)-HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Discretization, Piezoelectric sensor, Mechanical Engineering, Modal analysis, Mathematical analysis, Geometry, 02 engineering and technology, [PHYS.MECA]Physics [physics]/Mechanics [physics], [SPI.MECA]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph], 021001 nanoscience & nanotechnology, Curvature, Föppl–von Kármán equations, Piezoelectricity, Industrial and Manufacturing Engineering, Vibration, 020303 mechanical engineering & transports, 0203 mechanical engineering, Buckling, General Materials Science, 0210 nano-technology, Mathematics
Abstract: Mots cles : Plaque stratifiee / non-linearites geometriques / flambage / vibrations / piezoelectrique Abstract - Buckling and non-linear vibrations of a piezoelectric stratified plate. Application to a MEMS mass sensor. This study proposes a model of a circular, non-symetrically laminated, piezoelectric plate, subjected to non-linear large amplitude vibrations. This model is built to simulate the behavior of a MEMS bio-sensor, designed to detect, automatically and autonomously, the presence of a given molecule in an aqueous solution. Because of both the laminated structure and the fabrication process, prestresses are observed, with different signs and intensities from one layer to another. This is responsible of a non-planar deformed geometry of the plate at rest. Moreover, experimental results show that a geometrically non-linear response is observed, with curved freqeuncy responses. A continuous non- linear model of the von-Karman type is used and discretized by an expansion of the solution onto the mode shape basis of the plate without prestresses. It's response is numerically computed by a continuation method, in order to predict the system's non-linear behavior.
Published: 2009

45. Interaction of biomolecules sequentially deposited at the same location using a microcantilever-based spotter

Author: Nathalie Berthet-Duroure, Francesc Pérez-Murano, C. Martin, Thierry Leichle, Emmanuelle Trevisiol, Joan Bausells, Emilio Lora-Tamayo, Liviu Nicu, Jean-Bernard Pourciel, Jean Marie François, Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés (LISBP), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Departamento de Química Inorgánica [Salamanca], Universidad de Salamanca, Instituto de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM), Centro Nacional de Microelectronica [Spain] (CNM)-Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC), Centro Nacional de Microelectronica [Spain] (CNM), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), and Centro Nacional de Microelectronica [Spain] (CNM)-Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Spain] (CSIC)
Subjects: Silicon, Materials science, Cantilever, DNA, Complementary, [SDV]Life Sciences [q-bio], Microfluidics, Biomedical Engineering, Context (language use), Nanotechnology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Antibodies, Cartridge, [SPI]Engineering Sciences [physics], Coated Materials, Biocompatible, Microfluidic channel, Glass slide, Molecular Biology, Oligonucleotide Array Sequence Analysis, chemistry.chemical_classification, Aldehydes, Biomolecule, Microchemistry, Nucleic Acid Hybridization, Proteins, Reproducibility of Results, DNA, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Solutions, chemistry, Fluorescent Antibody Technique, Direct, Glass, 0210 nano-technology, Oligomer restriction, DNA Probes, Oligonucleotide Probes
Abstract: International audience; A microspotting tool, consisting of an array of micromachined silicon cantilevers with integrated microfluidic channels is introduced. This spotter, called Bioplume, is able to address on active surfaces and in a time-contact controlled manner picoliter of liquid solutions, leading to arrays of 5 to 20-μm diameter spots. In this paper, this device is used for the successive addressing of liquid solutions at the same location. Prior to exploit this principle in a biological context, it is demonstrated that: (1) a simple wash in water of the microcantilevers is enough to reduce by >96% the cross-contamination between the successive spotted solutions, and (2) the spatial resolution of the Bioplume spotter is high enough to deposit biomolecules at the same location. The methodology is validated through the immobilization of a 35mer oligonucleotide probe on an activated glass slide, showing specific hybridization only with the complementary strand spotted on top of the probe using the same microcantilevers. Similarly, this methodology is also used for the interaction of a protein with its antibody. Finally, a specifically developed external microfluidics cartridge is utilized to allow parallel deposition of three different biomolecules in a single run.
Published: 2008

46. Electronic Scheme for Multiplexed Dynamic Behavior Excitation and Detection of Piezoelectric Silicon-Based Micromembranes

Author: A. Greve, Liviu Nicu, Denis Remiens, D. Lagrange, T. Ondarcuhu, Caroline Soyer, Thomas Alava, Cédric Ayela, Laboratoire de l'intégration, du matériau au système (IMS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: Engineering, Silicon, business.industry, Bandwidth (signal processing), chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Chip, 01 natural sciences, Capacitance, Multiplexing, Piezoelectricity, chemistry, Gate array, Q factor, 0103 physical sciences, Electronic engineering, Optoelectronics, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010306 general physics, 0210 nano-technology, business, Instrumentation
Abstract: International audience; A new concept for a precise compensation of the static capacitance of piezoelectric silicon-based micromembranes is proposed. Combining analog and digital field-programmable gate array hardware elements with specific software treatment, this system enables the parallel excitation and detection of the resonant frequencies (and the quality factors) of matrices of piezoelectric micromembranes integrated on the same chip. The frequency measurement stability is less than 1 ppm (1-2 Hz) with a switching capability of 4 micromembranes/sec and a measurement bandwidth of 1.5 MHz. The real-time multiplexed tracking of the resonant frequency and quality factor on several micromembranes is performed in different liquid media, showing the high capability of measurement on dramatically attenuated signals. Prior to these measurements, calibration in air is done making use of silica microbeads successive depositions onto piezoelectric membranes surface. The mass sensitivity in air is, thus, estimated at, in excellent agreement with the theoretical corresponding value.
Published: 2008

47. Combining Resonant Piezoelectric Micromembranes with Molecularly Imprinted Polymers

Author: F. Vandevelde, Cédric Ayela, Karsten Haupt, Liviu Nicu, Denis Lagrange, Laboratoire de l'intégration, du matériau au système (IMS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe NanoBioSystèmes (LAAS-NBS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Génie Enzymatique et Cellulaire (GEC), Université de Technologie de Compiègne (UTC)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Subjects: Materials science, Cantilever, Polymers, Nanotechnology, Biosensing Techniques, 02 engineering and technology, Microscopy, Atomic Force, 01 natural sciences, Catalysis, Molecular Imprinting, [SPI]Engineering Sciences [physics], Molecular recognition, Electrochemistry, Deposition (phase transition), Microelectromechanical systems, Herbicides, 010401 analytical chemistry, Molecularly imprinted polymer, Membranes, Artificial, General Chemistry, General Medicine, 021001 nanoscience & nanotechnology, Piezoelectricity, 0104 chemical sciences, Piezoelectric thin films, 2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid, 0210 nano-technology, Biosensor, Environmental Monitoring
Abstract: International audience; Layered chips: The experimental proof of concept of the combination of resonant microelectromechanical systems with molecularly imprinted polymers (MIPs) has been shown for the first time. The use of micromembrane gravimetric sensors carrying piezoelectric thin films, the surfaces of which are coated with MIPs by using a cantilever‐based deposition tool (see image), is reported. The multiplexed format of the chips shows the potential of the system for the specific, label‐free, reliable detection of target molecules.
Published: 2007

48. Direct Patterning of Molecularly Imprinted Microdot Arrays for Sensors and Biochips

Author: Thierry Leichle, Liviu Nicu, Cédric Ayela, Christian Bergaud, F. Vandevelde, Karsten Haupt, Génie Enzymatique et Cellulaire (GEC), Université de Technologie de Compiègne (UTC)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Technologie de Compiègne (UTC), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Analyte, Surface Properties, Chemistry, Elution, Microdot, Molecularly imprinted polymer, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Surfaces and Interfaces, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 01 natural sciences, Fluorescence, 0104 chemical sciences, [SPI]Engineering Sciences [physics], Microchip Analytical Procedures, Electrochemistry, Fluorescence microscope, General Materials Science, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, Biochip, Biosensor, Spectroscopy
Abstract: International audience; We have used fountain pen microlithography to deposit arrays of molecularly imprinted polymer microdots on flat substrates. We visualize analyte binding to the dots by fluorescence microscopy with the aid of fluorescein as a model analyte. Elution and readsorption of the analyte to the MIP dots were possible if the porosity of the dots was improved by a sacrificial polymeric porogen. The imprinting effect was confirmed by using compounds structurally related to fluorescein. In addition, we show with another MIP specific to 2,4-D that, apart from the direct measurement of the binding of fluorescent compounds, a competitive immunoassay-type format can also be used to transduce the binding. We believe that this technique has a strong potential for the fabrication of biomimetic microchips and other types of integrated biosensors.
Published: 2007

49. Micromachined piezoelectric membranes with high nominal quality factors in newtonian liquid media: A Lamb's model validation at the microscale

Author: Liviu Nicu, Cédric Ayela, Laboratoire de l'intégration, du matériau au système (IMS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Materials science, Cantilever, Silicon, Analytical chemistry, FOS: Physical sciences, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Condensed Matter - Soft Condensed Matter, 01 natural sciences, 0103 physical sciences, Materials Chemistry, Newtonian fluid, Electrical and Electronic Engineering, Composite material, Instrumentation, Microscale chemistry, 010302 applied physics, Microelectromechanical systems, [PHYS.MECA.VIBR]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Vibrations [physics.class-ph], Metals and Alloys, [SPI.MECA.VIBR]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Vibrations [physics.class-ph], 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Piezoelectricity, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Vibration, Membrane, chemistry, Soft Condensed Matter (cond-mat.soft), 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Although extensively presented as one of the most promising silicon-based micromachined sensor adapted to real-time measurements in liquid media, the cantilevered structure still suffers from its quality factor (Q) dramatic dependence on the liquid viscosity thus lowering the measurement resolution. In this paper, micromachined piezoelectric membranes are introduced as a potential alternative to the cantilevers for biological applications. HighQ-factors (up to 150) of micromachined piezoelectric membranes resonating in various liquid mixtures (water/glycerol and water/ethanol) are thus reported and a theoretical model proposed by Lamb [H. Lamb, On the vibrations of an elastic plate in contact with water, Proc. Roy. Soc. Lond. A 98 (1920) 205–216] is validated for microscale structures proving that the variation of the liquid viscosity (if lower than 10 cP) has no effect on the dynamic behavior of the membranes. To conclude, two types of experiments were performed in water/glycerol mixtures: in-flow (with liquid continuously flowing on the devices) and in-spot (with individual membranes oscillating in a 5 µL volume of liquid). The results interestingly showed that for the in-spot configuration the Q-factor values are more than two-fold the ones corresponding to in-flow measurements thus providing alternative insights into the way to conceive ideal configurations for real-time biological measurements in liquid media.
Published: 2007

50. Specific nearby electronic scheme for multiplexed excitation and detection of piezoelectric silicon-based micromembranes resonant frequencies using FPGA technology

Author: Cédric Ayela, Liviu Nicu, D. Lagrange, Eric Cattan, Caroline Soyer, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), and Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)
Subjects: Engineering, Silicon, business.industry, Bandwidth (signal processing), chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Chip, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Capacitance, Piezoelectricity, Multiplexing, 0104 chemical sciences, chemistry, Q factor, Hardware_INTEGRATEDCIRCUITS, Electronic engineering, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Field-programmable gate array
Abstract: A new concept for a precise compensation of the static capacitance of piezoelectric silicon-based micromembranes is proposed. Combining analogue and digital (FPGA) hardware elements with specific software treatment, this system enables the parallel excitation and detection of the resonant frequencies (and the quality factors) of piezoelectric silicon-based micromembranes integrated on the same chip. The frequency measurement stability is less than 1 ppm (1-2 Hz) with a switching capability of 4 membranes/sec and a measurement bandwidth of 1.5 Mhz.
Published: 2006

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