Un "code-barres" pour identifier rapidement des biomolécules très diluées
Publié par Redbran le 27/03/2018 à 12:00
Source et illustrations: CNRS

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Une équipe du Centre de nanosciences et de nanotechnologies(1) a mis au point une puce microfluidique qui, grâce à des fentes de dimensions nanométriques, permet d'attribuer à une molécule un "code-barre" lisible par lecture optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) en fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière...). Cette nouvelle technique permet d'identifier la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de...) en quelques minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le...) seulement, contre plusieurs heures (L'heure est une unité de mesure  :) à plusieurs jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...) auparavant.

Pour concentrer et identifier des molécules en solution très diluées (marqueurs biologiques, polluants, toxines...), les techniques aujourd'hui disponibles demandent des heures, voire des jours de manipulation. La biopuce inventée(2) au Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N)1 devrait permettre de réaliser ces analyses en quelques minutes. Ce dispositif 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.), grâce à des fentes de taille nanométrique, concentre les molécules et engendre pour chacune d'elle un "code-barre" spécifique, lisible par simple lecture optique en fluorescence.

La puce microfluidique du C2N repose sur le principe connu de séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans...) des molécules par électrophorèse: la migration plus ou moins rapide des ions en solution, selon leur masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte)...) et leur charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.), sous l'effet d'un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des particules...). Mais les chercheurs ont utilisé un autre phénomène étudié depuis des années au laboratoire, l'électropréconcentration. En effet, leur dispositif microfluidique - une puce en verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice SiO2) et de fondants, le...) - comporte un élément de taille encore plus réduite: une fente de quelques dizaines de nanomètres de largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit la mesure la plus étroite de sa face. En géométrie plane, la largeur est la plus petite...). Le passage de la solution à analyser dans cette fente nanométrique a pour effet de créer des zones de concentration locales des molécules recherchées dans le circuit microfluidique. Si ces molécules ont été marquées en fluorescence, elles forment alors une tache détectable par lecture optique. Mieux: les chercheurs ont trouvé le moyen de placer plusieurs nanofentes en parallèle sur une seule puce. Ces fentes de largeurs différentes, et dont l'effet est modulé en jouant sur la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) appliquée dans le circuit microfluidique, engendrent alors une série de taches qui constituent un "code-barre" spécifique de la molécule à identifier. La géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le...) particulière de la puce, qui juxtapose plusieurs fentes nanométriques dans le plan vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.), a fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) d'un dépôt de brevet(2).



Le principe, validé avec une molécule test (fluorescéine), doit maintenant être testé avec de véritables solutions biologiques ou des échantillons contenant des traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la Commission européenne dans...) de polluants ou toxines. "Nous voulons réaliser un banc d'essais compact et transportable, afin de pouvoir travailler plus facilement avec des partenaires", indique Anne-Marie Haghiri, chercheuse au C2N. La fabrication des puces repose aujourd'hui sur la lithographie par faisceau d'électrons. Mais il devrait être possible d'utiliser des techniques de nano-impression, moins longues à mettre en œuvre et mieux adaptées à une production en série. En attendant, le laboratoire continue d'explorer les phénomènes fondamentaux qui régissent l'efficacité des puces à nanofentes.

[i]Note:
(1) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) Paris-sud
(2) Brevet FR1660855 en propriété CNRS déposé le 9/11/2016


Contact chercheur:
Anne-Marie Haghiri-Gosnet / Centre de nanosciences et de nanotechnologies
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