Univ. Paris-Saclay

Service de Physique de l'Etat Condensé

Optimisation d'un laboratoire sur puce à base de capteurs GMR pour du diagnostic précoce et rapide
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Le développement de techniques de diagnostic précoce,  est  un vrai défi dans le domaine médical ou de la défense. Il s’agit d’obtenir un outil capable de détecter rapidement, de façon simple, sensible et spécifique, différents objets biologiques rares en réponse à un besoin d’urgence de diagnostic clinique et/ou de biosécurité. L’approche proposée par le LERI et le LNO est en cela très innovante. Elle est basée sur la combinaison d’un marquage spécifique des anticorps développés au LERI avec des nanoparticules magnétiques et leur détection dynamique avec des capteurs magnétiques à base d’électronique de spin très sensibles. Le LNO possède une très grande expertise dans la conception et l’utilisation de ces capteurs GMR. Ils détectent de  très faibles champs magnétiques et présentent l'avantage de pouvoir être intégrés dans des biopuces (facilement transportables). La collaboration transversale LNO/LERI permet donc d’envisager des tests de diagnostic rapide, de moindre coût dans des zones parfois dépourvues de toute infrastructure médicale de pointe. Ce sujet fait actuellement l’objet d’une thèse. La spécificité du test a pu être mise en évidence en étudiant des cellules cancéreuses de type myélome murin. 

 

Le projet  repose sur le principe fondamental des capteurs GMR /TMR qui permettent une détection locale de très faibles champs magnétiques. En attachant des billes magnétiques à des objets biologiques (cellules, bactéries, protéines), il est ainsi possible de détecter un à un  ces objets labélisés lors de leur passage au-dessus du capteur. Un des grands atouts de ce projet est d'une part, de pouvoir concevoir, optimiser et tester la biopuce à base de capteurs GMR/TMR au LNO et d’autre part, de mettre à profit l’expertise du LERI dans le développement de tests de diagnostic rapide. La biopuce est constituée de capteurs GMR (140 µm x 4µm) au-dessus desquels est collé  un canal microfluidique  en PDMS dont la hauteur varie en fonction des objets biologiques étudiés (<30µm). Les couches GMR sont fabriquées au LNO grâce à des machines de dépôt. Les capteurs sont lithographiés dans la salle blanche du SPEC et gravés à l’aide d’un bâti de MBE (Epitaxie par jet moléculaire) qui permet également de déposer les contacts nécessaires pour les mesures et la couche de passivation protégeant les capteurs du liquide biologique. Le canal est fabriqué en PDMS et collé par plasma ionique (figure4.jpeg). Le dispositif final  est constitué de cette biopuce reliée à un contrôleur de pression qui permet de régler le débit de passage des objets biologiques labélisés dans le canal et d’un boîtier  électronique (également conçu au LNO) qui filtre et amplifie les signaux.

Schéma de principe de la détection avec des capteurs GMR
 

Le marquage des objets biologiques a lieu au LERI. Des billes magnétiques sur lesquelles sont greffés des anticorps spécifiques de la cible à détecter sont préincubées quelques minutes avec l’échantillon biologique d’intérêt. Cette incubation présente l’avantage de pouvoir être réalisée dans des petits volumes (quelques microlitres à quelques dizaines de microlitres) aussi bien que dans de plus grands volumes (plusieurs millilitres), permettant une immuno-concentration  et purification de la cible biologique (les billes magnétiques sont alors récupérées par simple aimantation).

L’échantillon est ensuite injecté dans le canal microfluidique. Lorsque la cible est présente dans l’échantillon biologique, elle est labélisée par les billes magnétiques, qui seront alors détectées par les capteurs GMR. Les performances du test dépendent de la capacité à discriminer les billes magnétiques libres de celles liées à l’objet biologique. Pour améliorer la sensibilité et la spécificité de la détection, nous explorerons différentes pistes : i) différentes tailles de billes avec des moments magnétiques différents sont testées, ii)  un nouveau prototype de biopuce avec des capteurs GMR positionnés de part et d’autre du canal microfluidique est en cours de développement et iii) introduction  en amont d’une spirale qui devrait permettre de séparer les billes surnuméraires libres des objets biologiques labélisés .

Schéma du laboratoire sur puce et de la labellisation des objets biologiques par des billes magnétiques

Contacts :

 

Maj : 09/09/2018 (2835)

 

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