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Posté par Redbran le Lundi 15/01/2018 à 12:00
Comment mesurer la manipulation des fluides microscopiques ? Avec une caméra
Le professeur de Concordia Steve Shih met au point un système de rétroaction et d’analyse par imagerie pour accélérer le travail en laboratoire.


« Notre dispositif accélérera de beaucoup l’analyse et la recherche en laboratoire », affirme Steve Shih, professeur adjoint à la Faculté de génie et d’informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des...) de Concordia. © Université de Concordia

Steve Shih se rapproche un peu plus de son objectif, qui est de bâtir des laboratoires portables très abordables afin de dépister des maladies et de développer des sources d’énergie renouvelables sur place.

« Si vous pensez avoir une angine (Les termes angine et pharyngite désignent une inflammation aiguë de la gorge d'origine infectieuse. Par souci de simplification, nous utiliserons ici le seul terme...) streptococcique, votre médecin serait en mesure de faire l’analyse nécessaire au diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation, distinction“ et γν?ση,...) sur-le-champ, dans son bureau », explique M. Shih, professeur adjoint en génie électrique et biomédical à la Faculté de génie et d’informatique de Concordia.

« Si vous souhaitez produire du carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) en désagrégeant de la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel...) – de l’herbe (On appelle herbe, dans une acception large, toute plante annuelle ou vivace, non ligneuse, faisant partie des angiospermes (monocotylédones ou dicotylédones), de couleur verte ; dans une acception plus étroite,...), par exemple –, notre dispositif aiderait à déterminer les protéines les plus résistantes dans la dégradation de la biomasse. »

L’invention du professeur Shih est un système de rétroaction et d’analyse par imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression...) qui améliore la fonctionnalité de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) microfluidique (La microfluidique est la science et la technologie des systèmes manipulant des fluides et dont au moins l'une des dimensions caractéristiques est de l'ordre du micromètre.) numérique.

Les résultats de ses travaux ont été publiés en août 2017 dans la revue Lab on a Chip. L’article était corédigé par ses étudiants Philippe Q. N. Vo, Mathieu C. Husser, Fatemeh Ahmadi et Hugo Sinha.

La microfluidique numérique

Le professeur Shih et son équipe ont mis au point (Graphie) une technologie microfluidique numérique pouvant automatiser le processus de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire...) synthétique de « conception-fabrication-mise à l’essai-apprentissage ». La microfluidique numérique se fonde sur l’utilisation de « laboratoires sur puce » miniaturisés.

Généralement de la taille d’une carte de crédit, ces appareils permettent d’intégrer plusieurs fonctions de laboratoire dans une seule puce ne contenant pas plus que quelques nanolitres de fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et...).

« En manipulant de très petits volumes de fluide sur des électrodes sous tension (La tension est une force d'extension.), nous obtenons un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette...) puissant qui permet d’effectuer plusieurs tests médicaux d’un seul coup et de résoudre des problèmes de soins de santé complexes », soutient le fondateur (Le Fondateur (titre original : Founding Father) est une nouvelle de science-fiction d'Isaac Asimov, parue en février 1965, et publiée en français dans le recueil Cher Jupiter.) du laboratoire de microfluidique Shih.

« Notre dispositif accélérera de beaucoup l’analyse et la recherche en laboratoire. »

La recherche sur le cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que la survie...), entre autres, peut profiter de la technologie microfluidique numérique. En effet, il devient possible de prélever un échantillon de cellules – ordinairement une minuscule gouttelette de cellules que les chercheurs jugent utiles à l’étude du cancer – et de le placer directement dans le dispositif de microfluidique numérique avec une batterie d’électrodes.

« Les cellules liées à des maladies comme le cancer sont très précieuses, poursuit le professeur Shih. Comme il est difficile d’en recueillir une grande quantité, le travail à petite échelle nous aide beaucoup. Nous pouvons mettre les cellules dans le dispositif de microfluidique numérique pour les analyser, ou encore les mélanger à des médicaments sous forme liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) pour voir comment réagissent les cellules cancéreuses – d’où la nécessité d’induire l’écoulement des liquides. »

Une caméra qui détecte les interruptions d’écoulement

Parfois, cependant, les gouttelettes ne s’écoulent pas. Auparavant, il n’existait aucun moyen de vérifier électroniquement si les gouttelettes réagissaient ou non aux électrodes. Le nouveau système créé par le professeur Shih résout ce problème, suivant l’écoulement de plusieurs gouttelettes à la fois.

« Notre système intègre des composants électroniques libres, une caméra et un objectif standard, précise M. Shih. Il permet ainsi d’obtenir des images qui serviront à détecter les gouttelettes dans l’appareil. »

« Nous avons également créé un algorithme utilisant la transformée de Hough pour détecter des gouttelettes de diverses tailles et déceler toute interruption dans la distribution et l’écoulement d’une seule gouttelette dans l’appareil. Au besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes...), on peut ensuite remettre sous tension les électrodes. »

Steve Shih souhaite offrir une solution de rechange plus accessible aux systèmes d’automatisation, qui coûtent actuellement au moins deux millions de dollars.

« En utilisant ce système pour comprendre les mécanismes du cancer, nous savons que notre laboratoire a réellement le pouvoir de changer les choses », conclut le professeur Shih.

Référence publication:
Image-based feedback and analysis system for digital microfluidics

Pour plus d'information voir:
- laboratoire de microfluidique Shih.
- Faculté de génie et d’informatique de Concordia

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Source: Université de Concordia