Comment mesurer la manipulation des fluides microscopiques ? Avec une caméra
Publié par Redbran le 15/01/2018 à 12:00
Source: Université de Concordia
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 de Concordia. © Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) 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 (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) 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 d'angine.) streptococcique, votre médecin (Un médecin est un professionnel de la santé titulaire d'un diplôme de docteur en médecine. Il est chargé de soigner les maladies, pathologies, et blessures de ses patients. Son métier est intimement lié avec...) 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 donné. Dans le domaine de l'énergie, le terme de biomasse regroupe...) – 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, herbe...), 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...) 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...) numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par...).

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 naturelle des êtres vivants...) 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 les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans certaines...).

"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 augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une plus grande...) puissant qui permet d'effectuer plusieurs tests médicaux d'un seul coup et de résoudre des problèmes de soins de santé (Les soins de santé relèvent des sciences appliquées. Ils se centrent sur la santé de l'Homme ou de l'animal. Ils impliquent non seulement la recherche, l'étude et la connaissance de la santé, mais également...) 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 (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) 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...), entre autres, peut profiter de la technologie microfluidique numérique. En effet, il devient possible de prélever un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) 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 (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer...), 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 catégories : les besoins primaires, les besoins secondaires...), 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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