Les scientifiques ont créé une nouvelle façon de surveiller les interactions médicamenteuses subtiles entre les bactéries et les antibiotiques. En utilisant une imprimante à jet d'encre de bureau commune, des chercheurs de NTU Singapour et de Chine ont développé un laser vivant jetable sur puce en encapsulant des bactéries vivantes à l'intérieur. Les fortes émissions laser générées par les bactéries à l'intérieur de la gouttelette seront considérablement améliorées lors des interactions médicamenteuses. Cette percée pourrait permettre des tests plus sensibles et à haut débit utilisant la technologie micro-nano laser dans un avenir proche.

Les antibiotiques ont transformé le domaine de la médecine en permettant de traiter de nombreuses maladies microbiennes de nos jours. La surveillance des interactions entre les bactéries et les antibiotiques (médicaments pathogènes) est donc une étape critique pour une évaluation plus poussée de l'efficacité des médicaments. Différents types de technologies ont été développés au cours de la dernière décennie à la recherche d'un outil hautement sensible pour surveiller les interactions médicament-bactérie. En raison de nombreuses limitations, les techniques conventionnelles prennent généralement plus de temps pour voir un résultat évident des interactions médicamenteuses. Il est donc très difficile d'identifier de minuscules interactions dynamiques.

Les avancées récentes des microlasers ont démontré ses puissantes capacités en termes d'amplification du signal, forte intensité, et une sensibilité élevée pour la détection biomédicale. A la recherche d'un outil de détection plus simple et plus sensible, Une nouvelle étude dirigée par le professeur Yu-Cheng Chen de l'Université technologique de Nanyang (NTU Singapour) a maintenant mis au point un produit lavable, laser vivant jetable qui peut surveiller de minuscules interactions dynamiques bactérie-médicament sur une puce. Les minuscules lasers servent de capteur sans culture très sensible, où des bactéries vivantes étaient encapsulées dans des gouttelettes d'eau de petite taille. Enthousiasmés par leurs découvertes publiées dans Chimie analytique , le professeur Yu-Cheng Chen, professeur assistant à l'Université technologique de Nanyang, NTU Singapour dit, "C'est incroyable que ces minuscules lasers biologiques vivants puissent être directement imprimés à partir d'une imprimante à jet d'encre de bureau. Avec les avantages de l'impression à jet d'encre, les lasers vivants peuvent être fabriqués dans une dimension de masse en quelques secondes. Ce qui est cool, c'est vous pouvez ensuite laver les lasers et imprimer à nouveau après détection."

La préparation de ces capteurs s'est déroulée en trois étapes. D'abord, les chercheurs ont marqué les bactéries (Escherichia coli) avec des colorants d'acide nucléique, qui pourrait reconnaître l'ADN et l'ARN dans les cellules. Ensuite, les cellules avec son support cellulaire ont été injectées dans l'imprimante de bureau, où les antibiotiques peuvent être ajoutés directement dans les pointes de pipette (ou la tête d'impression). Des micro-gouttelettes hémisphériques ont ensuite été imprimées en réseau sur des puces miroir. Finalement, le réseau laser vivant a été scanné avec un faisceau laser pour générer des images d'émission laser à partir de modes de galerie de chuchotement.

Comme le médicament interagit avec les bactéries, la membrane cellulaire serait détruite et, à son tour, plus d'ADN fluorescent (molécule de gain) sera libéré dans la gouttelette au fil du temps et contribuera aux WGM, résultant en une émission laser plus forte. Parce que le signal laser est très sensible aux changements des molécules de colorant à l'interface des gouttelettes, donc, Une petite augmentation des molécules d'ADN libérées peut être capturée et entraîner un changement significatif dans la distribution du gain et les émissions laser. Les résultats ont démontré que l'analyse d'image d'émission laser est beaucoup plus sensible que l'analyse d'image de fluorescence de deux ordres de grandeur, où les images de fluorescence deviennent saturées après une courte période de temps. Le professeur Chen Yu-Cheng dit :"Nos résultats montrent que l'amplification qui se produit pendant la génération laser nous a permis de quantifier de minuscules changements dans les processus biologiques dans le milieu de gain."

En collaboration avec Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology en Chine, la nouvelle conception de biocapteur laser vivant de l'équipe élimine non seulement le besoin d'une culture cellulaire longue et laborieuse, mais simplifie également la configuration du capteur sans nécessiter de fabrication complexe. Plus important encore, un nouveau concept de bioanalyse basé sur des images d'émission laser a été proposé pour quantifier les processus biochimiques et biologiques sous-jacents in vitro ou in vivo, ouvrant la voie à l'analyse laser sur puce à haut débit d'organismes vivants.

Concernant les applications futures importantes de leurs travaux, Professeur agrégé Shilun Feng, qui est le co-auteur explique, "C'est un travail fantastique en fusionnant la fabrication microfluidique avec des lasers vivants sur une puce. La même approche pourrait être appliquée à un large éventail d'espèces vivantes, y compris les cellules vivantes, bactéries, virus, et les interactions des protéines. Cette technologie peut permettre un diagnostic et un traitement rapides avec une sensibilité élevée. Avec les besoins rapides de dépistage de médicaments contre les virus, cette technologie pourrait même permettre à des virus ou à des bactéries de se cultiver à l'intérieur des microgouttelettes et de surveiller les interactions dynamiques avec les médicaments. " En effet, bien qu'il reste encore un long chemin à parcourir pour de nombreuses maladies à l'avenir, leur appareil représente une étape importante dans la mise en œuvre du laser vivant biologique vers l'analyse à haut débit des organismes vivants.