Des nanobilles sur puce pour un nouveau senseur révolutionnaire !

Détecter facilement, rapidement et efficacement n'importe quelle moléculemolécule présente dans l'airair 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 applicationsapplications 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 chimiechimie 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 nanoparticulesnanoparticules (à l'échelle du nanomètrenanomètre, c'est-à-dire un milliardième de mètre) constituées d'oxyde de ferfer ferromagnétiqueferromagnétique, 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 intégrécircuit 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 polymèrepolymère composé de silicium, de carbonecarbone, d'oxygène et d'hydrogènehydrogène) 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 ligandsligands biospécifiques sont disponibles. »  Au lieu d'être couplées à de la streptavidine, les billes et la zone senseursenseur 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 bactériebactérie Bacillus anthracisBacillus anthracis responsable de la maladie du charbonmaladie du charbon), ou la ricine (une toxinetoxine d'origine végétale), mais aussi de façon plus routinière dans des industries agroalimentaires ou pharmaceutiques.