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Des nanobilles sur puce pour un nouveau senseur révolutionnaire !

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Une nouvelle génération de senseur intégré sur une puce pourrait à terme permettre de vérifier rapidement la qualité de l'eau ou de l'air, en détectant spécifiquement la présence de molécules dangereuses. Le prototype, qui a donné de bons résultats, pourrait se révéler utile dans de nombreux domaines.

Un senseur de nouvelle génération pourrait permettre de détecter facilement n'importe quelle molécule d'intérêt ! © DR

Détecter facilement, rapidement et efficacement n'importe quelle molécule présente dans l'air ou dans l'eau, c'est peut-être la réalité de demain. Des scientifiques de l'Université d’Oregon ont en effet construit une puce à base de minuscules billes, qui pourrait trouver des applications dans des domaines aussi variés que la pharmacologie, la sécurité alimentaire ou encore la lutte contre le bioterrorisme.

Aujourd'hui, pour détecter la présence de molécules d'intérêt, des procédés biochimiques complexes sont réalisés dans des laboratoires d'expertise, par des scientifiques compétents. La difficulté pour tout un chacun passe aussi bien par un manque de moyens que par un manque de savoir-faire technique ou de connaissances en chimie ou en biologie. Souvent, même les résultats obtenus sont impossibles à interpréter par un novice.

Des billes d’un milliardième de mètre

Si tout ce processus complexe peut être remplacé par un petit circuit dont le signal électrique est modifié par la présence de la molécule recherchée dans le milieu, la détection de ces molécules devient accessible à tous... La recherche sur les « laboratoires sur puce » sont aujourd'hui légion. Ce nouvel appareil, décrit dans la revue Sensors and Actuators, se distingue par son universalité. Il utilise de nanoparticules (à l'échelle du nanomètre, c'est-à-dire un milliardième de mètre) constituées d'oxyde de fer ferromagnétique, couplées à des molécules biologiques. Si la présence des molécules biologiques permet de détecter avec précision et spécificité les molécules recherchées, la partie ferreuse des billes permet ensuite de transmettre l'information grâce à leur incorporation dans un circuit intégré.

Les nanobilles de fer ou de cobalt ont une taille avoisinant un millionième de millimètre. © Yobmod, Wikimedia, CC by-sa 3.0

Des essais prometteurs

Techniquement, la puce en question est construite en polydiméthylsiloxane (un polymère composé de silicium, de carbone, d'oxygène et d'hydrogène) et possède une zone capteur dotée de biotine. De leur côté, les billes sont couplées à de la streptavidine. Le couple biotine-streptavidine est couramment utilisé en expérimentation biochimique, car ces deux molécules forment l'interaction non covalente la plus stable connue grâce à la très haute affinité qu'elles ont l'une pour l'autre.

Ainsi, les billes magnétiques couplées à la streptavidine se retrouvent immobilisées sur la puce au niveau de la zone capteur par cette forte interaction, ce qui produit un signal électrique différent, facile à repérer face au bruit de fond. 

Des applications dans tous les domaines ?

Selon les auteurs, « cette technique de détection inductive se prête à la miniaturisation, n'est pas chère à fabriquer et peut être adaptée à la détection d'une grande variété de molécules pour lesquelles des ligands biospécifiques sont disponibles. »  Au lieu d'être couplées à de la streptavidine, les billes et la zone senseur de la puce pourront être liées à des anticorps reconnaissant le même antigène. Si l'interaction antigène-anticorps est suffisamment forte, les billes resteront liées à la zone senseur par l'intermédiaire de l'antigène.

Ainsi, il n'est pas inenvisageable de voir un jour ce système utilisé par les agences de protection contre le bioterrorisme, à la recherche d'armes biologiques comme l'anthrax (la bactérie Bacillus anthracis responsable de la maladie du charbon), ou la ricine (une toxine d'origine végétale), mais aussi de façon plus routinière dans des industries agroalimentaires ou pharmaceutiques.

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