Les chercheurs de KAUST ont développé un biocapteur qui peut être adapté dans une configuration de transistor à l'échelle du micron pour détecter tout métabolite d'intérêt. Crédit : 2018 KAUST
Un nouveau concept de biocapteur du métabolite lactate combine un polymère transporteur d'électrons avec la lactate oxydase, qui est l'enzyme qui catalyse spécifiquement l'oxydation du lactate. Le lactate est associé à des conditions médicales critiques, sa détection est donc importante pour les soins de santé.
Les performances du biocapteur dépendent du transfert d'électrons entre l'électrode de détection et l'enzyme. Cela augmente lorsqu'il y a une diminution de la distance entre les sites actifs des enzymes et la surface de l'électrode. Les enzymes redox sont apparues comme des composants optimaux pour les biocapteurs car leur capacité à réaliser un transfert d'électrons complète leur spécificité dans la liaison cible et l'activité catalytique.
Les efforts typiques pour obtenir une bonne communication électrique impliquent des modifications d'électrodes alambiquées et des médiateurs supplémentaires, qui sont des molécules actives redox qui transportent les électrons entre l'électrode et l'enzyme. Par conséquent, les biocapteurs à ce jour ont été limités en termes de leurs métabolites et environnements cibles. Cela a entravé leur utilisation pour des applications dans divers domaines tels que la biotechnologie, agriculture, et la biomédecine. Au lieu, leur utilisation principale a été limitée aux biocapteurs électrochimiques in vitro pour la surveillance de la glycémie chez les patients diabétiques.
Pour combler cette lacune, Sahika Inal de KAUST et des collaborateurs de l'Imperial College de Londres et de l'Université de Cambridge, ROYAUME-UNI, ont développé un biocapteur qui peut être adapté dans une configuration de transistor à l'échelle du micron pour détecter tout métabolite d'intérêt.
Au cœur du dispositif de preuve de concept, les chercheurs ont conjugué la lactate oxydase avec un polymère dit transistor électrochimique organique. Ce polymère transporteur d'électrons agit à la fois comme un interrupteur efficace et un puissant amplificateur de signal :il peut accepter les électrons de la réaction enzymatique et subir de multiples réactions de réduction à travers plusieurs sites actifs redox.
Ce polymère porte également des chaînes latérales hydrophiles qui facilitent les interactions intramoléculaires avec la lactate oxydase, qui rapproche l'enzyme du matériau de transduction. Cela favorise la communication électrique et, par conséquent, améliore la sensibilité du polymère au lactate. Ces interactions polymère-enzyme évitent également de modifier la surface de l'électrode et l'utilisation d'un médiateur, "ce qui simplifie la fabrication de l'appareil, " explique Inal. Elle ajoute que, contrairement aux biocapteurs précédents, l'appareil ne nécessite pas d'électrode de référence, qui offre une flexibilité de conception.
L'équipe de Sahika Inal travaille sur une conception de biocapteur qui détectera les métabolites dans différents environnements. Gauche-droite :Anna-Maria Pappa, doctorat étudiant David Ohayon et Sahika Inal. Crédit : 2018 KAUST
"Notre plus grand défi a été d'identifier le bon matériau pour ce capteur, " dit Inal. Après ce premier obstacle, son équipe a rencontré des problèmes lors de l'interprétation de la réponse du biocapteur. "Cet appareil nous a surpris par sa grande efficacité, " elle dit.
L'équipe d'Inal à KAUST travaille actuellement sur une conception qui détectera les métabolites dans différents environnements. "Une application évidente de ce système est un capteur de lactate de laboratoire sur puce, " ajoute-t-elle. Un tel capteur serait particulièrement utile dans les dispositifs portables de surveillance du lactate. De plus, ce nouveau système ouvre également de nouvelles options sur la façon dont les enzymes peuvent être exploitées pour générer et stocker de l'énergie.
L'étude est publiée dans Avancées scientifiques .
