Le domaine de la médecine est toujours à la recherche de meilleurs outils de diagnostic des maladies - plus simples, plus rapide, et des technologies moins chères pour améliorer le traitement et les résultats des patients. Actuellement, les dispositifs d'essai biologique microfluidique sont les outils de diagnostic préférés qui permettent aux cliniciens de mesurer la concentration de biomarqueurs de la maladie dans l'échantillon biologique d'un patient, comme le sang. Ils peuvent indiquer la probabilité d'une maladie sur la base d'une comparaison de la concentration de biomarqueurs dans l'échantillon par rapport au niveau normal. Pour détecter cette concentration, l'échantillon du patient est passé sur une surface contenant des biorécepteurs immobilisés, ou des molécules de "capture de biomarqueurs" qui ont été attachées à cette surface. Un chercheur peut alors enregistrer l'abondance des biomarqueurs, déterminer si le niveau est normal, et parvenir à un diagnostic. Étant donné que l'efficacité de ces dispositifs dépend de l'intégrité et du fonctionnement des biorécepteurs attachés, immobiliser ces biorécepteurs sans causer de dommages s'est avéré intimidant.

Au cours des deux dernières décennies, impression par microcontact, qui utilise un tampon en caoutchouc pour immobiliser les biorécepteurs, a été établi comme une méthode robuste pour créer une variété d'essais avec de multiples applications. Mais cette méthode a aussi ses défauts, en particulier lorsqu'il est utilisé à l'échelle nanométrique, l'échelle où règnent les protéines et l'ADN. A cette échelle, les techniques sévères et élaborées actuellement utilisées compromettent la résolution de l'appareil, que ce soit en déformant le tampon ou en endommageant les biorécepteurs, produisant ainsi des données quelque peu ingérables pour une utilisation dans des diagnostics ou d'autres applications. Cependant, dans un article récent publié dans la revue Analyste , des chercheurs de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) décrivent une nouvelle séquence d'étapes d'impression qui ont rectifié ces problèmes.

Pour l'impression par microcontact, "il te faut un tampon, une encre, et une surface, puis vous créez votre motif sur votre surface. C'est aussi simple que ça, " explique Shivani Sathish, Doctorant OIST dans l'Unité Micro/Bio/Nanofluidique, et premier auteur sur le papier.

Le tampon est en polydiméthylsiloxane, qui est un solide flexible semblable au caoutchouc utilisé dans les timbres de tous les jours. L'encre est une solution composée de molécules contenant du silicium et de l'oxyde appelées APTES, et la surface est en verre. Après avoir enduit le timbre avec l'encre, le tampon est pressé sur le verre, puis retiré après une courte incubation. Le résultat est une couche à motifs d'APTES sur le verre, un damier de régions avec ou sans APTES. Prochain, un dispositif microfluidique, qui contient un ou plusieurs microcanaux configurés pour guider le fluide à travers des voies spécifiées, est scellé sur le verre à motifs. Finalement, les biorécepteurs sont chimiquement liés aux régions APTES dans les canaux microfluidiques. L'appareil dans son ensemble a à peu près la taille d'un timbre-poste.

Le système est maintenant prêt à être utilisé comme test de diagnostic. Pour effectuer le dosage, un échantillon de fluide provenant d'un patient est délivré à travers le dispositif microfluidique fixé au verre. Si le biomarqueur de la maladie pertinent est présent, la molécule "collera" aux zones contenant les biorécepteurs.

Ce qui est important à propos de la solution APTES, c'est sa chimie pratique. "En fonction de votre biorécepteur d'intérêt, il suffit de choisir la chimie appropriée pour lier la molécule à l'APTES, " explique Mme Sathish. Ou en d'autres termes, un tampon peut être utilisé pour préparer un test avec la capacité d'immobiliser une variété de biorécepteurs différents - un tampon permet de multiples tests et diagnostics sur une seule surface. Cette caractéristique serait avantageuse pour diagnostiquer des maladies complexes telles que le cancer, qui repose sur des tests capables de détecter plusieurs marqueurs pour améliorer le diagnostic.

Dans leurs recherches, Mme Sathish et ses collègues ont développé une technique améliorée pour créer le dispositif de diagnostic des maladies le plus optimal à utiliser à l'échelle nano. Ici, ils ont d'abord modélisé les caractéristiques nanométriques de l'APTES à l'aide d'une encre à base d'APTES dans de l'eau, contrairement aux produits chimiques agressifs, ce qui a éliminé le problème du gonflement des timbres. Puis, ils ont immobilisé les biorécepteurs sur la surface comme la toute dernière étape du processus, après avoir modelé l'APTES et fixé le dispositif microfluidique. En attachant les biorécepteurs comme étape finale, les chercheurs ont évité de les exposer à des conditions extrêmes et dommageables. Ils ont ensuite démontré l'efficacité du dispositif final en réalisant un test pour capturer les biomarqueurs interleukine 6 et la protéine c-réactive humaine, deux substances qui sont souvent élevées dans le corps pendant l'inflammation.

« L'objectif final est de créer un dispositif de point de service, " explique le professeur de l'OIST Amy Shen, qui a dirigé la recherche.

« Si vous obtenez vos biorécepteurs pré-immobilisés dans des dispositifs microfluidiques, vous pouvez ensuite les utiliser comme outils de diagnostic au besoin, " Mme Sathish poursuit. " [Finalement] au lieu d'avoir toute une équipe clinique qui traite votre échantillon... nous espérons que les patients pourront le faire eux-mêmes à la maison. "