Un échange vigoureux au travers des frontières de la biologie et de la physique se développe autour de nouvelles méthodes et outils, et autour de nouveaux phénomènes. Les objets d’étude au cœur de ce recouvrement multidisciplinaire sont très divers. De manière non exhaustive, il s’agit de nanoparticules, de cellules ou encore d’objets encore plus petits et élémentaires tels que les molécules. Aussi bien pour des applications dans le domaine de la microélectronique que pour l’étude de mécanismes biologiques fondamentaux, l’intégration des objets d’intérêt à l’échelle de l’objet unique est essentielle. Dans le cadre de cette thèse, l’objectif que nous nous sommes fixés est de développer un volet technologique qui permette l’assemblage d’objets micro- ou nanométriques uniques à des endroits bien définis d’une surface solide de façon simple, fiable, bas-coût et parallèle. Pour ce développement, nous nous sommes intéressés tout particulièrement aux nanoparticules d’Au de 100 nm de diamètre, aux bactéries, puis aux molécules d’ADN. Nous décrirons les stratégies développées reposant sur la lithographie douce puis leurs potentialités pour différentes applications dans les domaines de l’analyse médicale et de la détection. / A vigorous trade across the borders of biological and physical sciences is developing around new methods and tools, and around new phenomena. The objects at the heart of this multidisciplinary overlapping are numerous. In a non exhaustive manner, the objects of study can be nanoparticles, cells, or even smaller and more elementary objects such as molecules. For applications in the field of microelectronics as for studies of fundamental biological mechanisms, the integration of these objects of interest at the single object scale is essential. In the frame of this Ph.D. thesis, the objective we pursued is the development of a technological tool-box allowing the assembly of micro- and nano-objects at pre-determined locations of a solid surface, in a simple, reliable, low-cost and parallel manner. For this development, we focused on gold nanoparticles 100 nm in diameter, bacterial cells and DNA molecules in particular. We will describe the strategies developed relying on soft-lithography and their potentialities for different applications in the fields of medical analysis and sensing.

Un échange vigoureux au travers des frontières de la biologie et de la physique se développe autour de nouvelles méthodes et outils, et autour de nouveaux phénomènes. Les objets d'étude au coeur de ce recouvrement multidisciplinaire sont très divers. De manière non exhaustive, il s'agit de nanoparticules, de cellules ou encore d'objets encore plus petits et élémentaires tels que les molécules. Aussi bien pour des applications dans le domaine de la microélectronique que pour l'étude de mécanismes biologiques fondamentaux, l'intégration des objets d'intérêt à l'échelle de l'objet unique est essentielle. Dans le cadre de cette thèse, l'objectif que nous nous sommes fixés est de développer un volet technologique qui permette l'assemblage d'objets micro- ou nanométriques uniques à des endroits bien définis d'une surface solide de façon simple, fiable, bas-coût et parallèle. Pour ce développement, nous nous sommes intéressés tout particulièrement aux nanoparticules d'Au de 100 nm de diamètre, aux bactéries, puis aux molécules d'ADN. Nous décrirons les stratégies développées reposant sur la lithographie douce puis leurs potentialités pour différentes applications dans les domaines de l'analyse médicale et de la détection.

The initiation and high resolution control of surface confined chemical reactions would be both beneficial for nanofabrication and fundamentally interesting. In this work, spatially controlled scanning probe directed organometallic coupling, patterned functional protein immobilisation and highly localised reversible redox reactions on SAMs were investigated. Catalytically active palladium nanoparticles were mounted on a scanning probe and an appropriate reagent SAM was scanned in a reagent solution. This instigated a spatially resolved organometallic coupling reaction between the solution and SAM-phase reagents. Within this catalytic nanolithography a spatial resolution of ~10nm is possible, equating to zeptomole-scale reaction. The methodology was applied to reactions such as Sonogashira coupling and local oligo(phenylene vinylene) synthesis. By altering the experimental protocols, relating probe scan velocity to reaction yield and characterising the nanopattern, a PVP matrix model describing a proposed mechanism of catalytic nanolithography, was presented. Though ultimately limited by probe deactivation, calculations indicated that activity per immobilised nanoparticle is very high in this configuration. For biopatterning, surface nanopatterns defined by carboxylic functionality were generated from methyl-terminated SAMs by local anodic oxidation (LAO) initiated by a conductive AFM probe. By employing suitable linker compounds, avidin and Stefin-A quadruple Mutant (SQM) receptive peptide aptamers were patterned at sub-100nm resolution. The multiplexed sensing capability of an SQM array was demonstrated by reacting generated patterns with single or a mixture of multiple antibodies. The reversible redox conversion and switching of reactivity of hydroquinone-terminated SAMs was electrochemically demonstrated prior to an application in redox nanolithography. In this methodology, spatially controlled probe-induced in situ "writing" and "erasing" based on reversible redox conversion were conducted on hydroquinone terminated SAM. In combination with dip-pen nanolithography, a novel method of redox electro-pen nanolithography was designed and the method’s application for lithography was examined.