Capteurs chimiques et biochimiques, diagnostic médical / Chemical and biochemical sensors, medical diagnosis
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De nombreuses méthodes sont développées par les équipes de l'IRAMIS pour développer des capteurs chimiques sensibles, sélectifs  et efficaces. Pour ceci les nanotechnologies sont largement mises à contributions, avec l'utilisation de matériaux nanoporeux ou encore  d'objets fonctionnalisés.

+ microfluidique nano-objets  (effets plasmoniques, magnétiques, ...) , nanoporeux (fltrage sélectif) 


Several methods are developed by IRAMIS teams to develop sensitive, selective and efficient chemical sensors. For this, nanotechnologies are widely used, with the use of nanoporous materials or functionalized objects.

 
#2426 - Màj : 03/08/2018
Faits marquants scientifiques
Le développement de techniques de diagnostic biologique précoce, à la fois rapides et sensibles, est un vrai défi dans des domaines aussi variés que la défense, l’environnement et la santé. Dans le cadre d’une collaboration avec le SPI/LERI, le laboratoire LNO du SPEC a développé une biopuce microfluidique à base de capteurs magnétiques ultra sensibles à magnétorésistance géante (capteurs GMR), capable de détecter individuellement et de façon efficace des cibles biologiques marquées magnétiquement.

 

Divers procédés chimiques permettent de fonctionnaliser des nanoparticules, en particulier via le greffage de polymères. C'est dans le cadre d’une collaboration internationale, que les chercheurs du LSI, en collaboration avec le Politecnico de Turin (Italie), l’ETH de Zurich (Suisse) et l’IPF de Dresde (Allemagne), ont développé une approche photochimique simple et robuste permettant, pour la première fois, de synthétiser des nanoparticules "greffées" de taille inférieure à 100 nm. La méthode est basée sur un procédé de photosynthèse par illumination UV, qui évite l’utilisation des métaux toxiques comme catalyseurs, tout en réduisant les coûts énergétiques de fabrication (synthèse à température ambiante).

Deux configurations ont été obtenues : des assemblages homogènes ayant des propriétés hydrophiles (lipophiles) et des structures Janus amphiphiles, présentant une hétérogénéité fonctionnelle (hydrophile-hydrophobe ou lipophile-lipophobe). Ces nouvelles nanostructures présentent un grand intérêt pour caractériser les interactions avec les bicouches lipidiques représentatives des membranes cellulaires.

 

Le CEA et le CNRS, et la Société CortecNet, avec le soutien de l’Agence nationale de la recherche (ANR), lancent leur laboratoire commun "Desir" (Détection efficace et sensible d'intermédiaires réactionnels par RMN). L'objectif est de développer les instruments permettant le suivi in situ de synthèses chimiques par RMN (Résonance magnétique nucléaire). Cette avancée rendue possible, grâce aux progrès de la microfluidique et de l’impression 3D, intéresse la R&D académique et industrielle en chimie.

 

La détection de biomarqueurs dans des fluides biologiques est une étape essentielle du diagnostic de plusieurs maladies et indispensable à leur traitement. Ces biomarqueurs sont souvent présents en quantité très faible nécessitant une étape de concentration. Leur analyse s’effectue usuellement par spectrométrie de masse à partir d’un volume d’analyte déposé puis séché sur une plaque. Les phases de dépôt et d’évaporation des gouttes sont des étapes essentielles qui gouvernent la qualité, l’efficacité et la sensibilité de l’analyse. Cette méthode manque cependant d’homogénéité et de reproductibilité avec une grande variabilité sur un même dépôt ou d’un dépôt à l’autre.

Dans cette perspective le laboratoire LIONS du NIMBE, en collaboration avec le Service d’Ingénierie Moléculaire des Protéines (IBiTec-S/SIMOPRO) a récemment développé un procédé DMF-MALDI (en anglais : Droplet Microfluidic-Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation) interfaçant une puce microfluidique digitale à un spectromètre de masse MALDI-TOF (MALDI - Time of Flight). Appliqué aux peptides, ce procédé permet d’augmenter fortement leur détection et d’analyser des solutions de concentrations initiales sub-nanomolaires (< 10-9 mol/l).

La recherche de biomarqueurs volatils en vue d’un diagnostic non-invasif de pathologies telles que le cancer ou de maladies infectieuses comme la tuberculose, est un enjeu médical majeur. Dans le cadre du projet COVADIS, l’équipe Capteurs Chimiques d’IRAMIS/NIMBE/LEDNA, en collaboration avec BioMérieux et IRAMIS/LYDIL, a exploré la possibilité de détecter un marqueur spécifique de la tuberculose active, l’acide nicotinique, présent chez les patients infectés par Mycobacterium tuberculosis. Le défi est de trouver une méthode d’analyse simple et peu coûteuse pouvant rivaliser avec la méthode d’amplification de l’ADN recommandée par l’Organisation Mondiale de la Santé, mais qui reste chère pour les pays pauvres malgré un coût négocié.

La molécule-sonde choisie est un sel de lanthanide, le nitrate de terbium, Tb(NO3)3, dont la luminescence dans le domaine visible est exaltée en présence d’acide nicotinique. Ce dernier forme avec le sel de terbium un complexe stable et joue le rôle d’antenne pour absorber efficacement les photons d’excitation et transférer l’énergie d’excitation vers l’ion lanthanide qui luminesce intensément. Pour s’affranchir de l’interférence des autres métabolites présents dans le condensat d’haleine, qui diminue l’intensité de luminescence, les chercheurs exploitent la différence de volatilité entre ces interférents et l’acide nicotinique. Le piégeage des composés volatils par des éponges nanoporeuses permet de recouvrer la luminescence intense des complexes de terbium signalant la présence d’acide nicotinique.

La simplicité de la méthode et son coût modique, comparé à la méthode d’amplification de l’ADN, fait de la détection de métabolites volatils une voie particulièrement prometteuse pour le diagnostic non-invasif de la tuberculose.

 

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