Technologies et matériaux utilisés
Capteurs (bio)chimiques à base de polymères conjugués - Principe, technologies et applications

Depuis l’invention de l’électrode de verre en 1906, les capteurs chimiques et biologiques jouent un rôle central dans de nombreux domaines scientifiques et industriels. Ils permettent la détection rapide, sélective et sensible d'une large gamme d’analytes.

Parmi les matériaux utilisés pour concevoir ces capteurs, les polymères conjugués occupent une place croissante, en raison de leurs propriétés électroniques et optiques uniques, associées à une grande versatilité chimique. Initialement développés pour leurs capacités conductrices, ces polymères se sont rapidement imposés comme des matériaux de choix pour la fabrication de couches sensibles dans les capteurs électrochimiques et optiques, grâce à leur compatibilité avec des techniques de dépôt simples, à leur aptitude à être fonctionnalisés, et à leur capacité à traduire des événements moléculaires en signaux mesurables.

Cet article présente les polymères conjugués, leurs propriétés et les techniques de dépôt utilisées pour fabriquer des films sensibles (§ 1), avant de décrire les principes de fonctionnement des capteurs (bio)chimiques utilisant ces matériaux (§ 2).

Il détaille ensuite les mécanismes de détection (variations de conductivité, de potentiel, de courant ou réponses optiques induites par l’interaction analyte/polymère) choisis pour détecter la présence d’une molécule cible dans un milieu liquide ou gazeux, et il démontre l’importance du choix des couches sensibles (§ 3). Ces dernières peuvent être des films de polymères purs, mais aussi des composites associant des polymères conjugués et des nanomatériaux (nanoparticules métalliques ou d’oxyde métallique, nanomatériaux carbonés), ou des systèmes hybrides incluant des enzymes, des aptamères ou des matrices à empreinte moléculaire. Le choix et l’évolution des substrats, notamment les micro- ou nanoélectrodes, les transistors à effet de champ et les supports flexibles, sont aussi abordés.

Enfin, le § 4 développe les applications concrètes de ces capteurs dans les secteurs de l’environnement (détection de métaux lourds, de pesticides ou de gaz toxiques), de la santé et du biomédical (à travers des dispositifs pour le suivi du glucose, la détection de neurotransmetteurs comme la dopamine, ou encore des biocapteurs d’ADN pour le diagnostic précoce), et de l’agroalimentaire et de l’agriculture, où ces capteurs permettent la détection de pathogènes, le suivi des paramètres environnementaux agricoles (pH, nitrates, humidité), ou encore le contrôle de la fraîcheur ou de la qualité des aliments.

Ce panorama vise à montrer comment les polymères conjugués, à la croisée des sciences des matériaux, de l’électronique et de la chimie analytique, offrent des perspectives puissantes pour la détection intelligente et miniaturisée dans des contextes toujours plus variés.