De l'expérimentation à la modélisation

En étudiant plus avant le comportement de la goutte d'eau, les chercheurs ont conclu qu'il était lié au phénomène de coalescence, dont un exemple est vu dans la fusion spontanée de deux gouttes d'un liquide qui entrent en contact l'une avec l'autre. En termes de physique, la coalescence provient de la forte affinité entre les molécules d'eau, dont l'effet est de réduire au minimum la surface d'eau exposée à l'air. C'est pourquoi les minuscules gouttes d'eau sont sphériques :de toutes formes géométriques, la sphère a la plus petite surface pour un volume donné.

"Dans ce cas, cependant, nous avons dû étudier ce qui se passe lorsqu'une goutte d'eau déformée dans un microcanal fusionne avec une autre partie d'elle-même, " explique le professeur Gervais. " Notre objectif était de comprendre le phénomène et de le contrôler, afin que nous puissions forcer le liquide à stagner à l'endroit précis où il rencontre un réactif à l'intérieur de l'appareil."

modélisation du phénomène, que l'équipe a surnommé « l'auto-coalescence, " reposait sur une approche mathématique développée dans les années 1950 pour étudier les écoulements visqueux bidimensionnels non bornés. Le travail a été réalisé à l'aide des techniques de calcul développées par Samuel Castonguay, qui termine son doctorat. en génie physique à Polytechnique sous la direction du professeur Gervais. Pour harmoniser les résultats de la modélisation avec les résultats expérimentaux, M. Castonguay s'est rendu à Zurich, travailler pendant quelques mois avec les chercheurs d'IBM.

« Non seulement nos modèles nous ont permis de maîtriser ce nouveau type de flux, mais on peut aussi programmer très précisément des configurations spatiales et temporelles de signaux chimiques à l'aide d'une combinaison de réactifs, avec une dispersion minimale, et sans intervention de l'utilisateur, » note le professeur Gervais. « Le partenariat entre nos deux équipes a donc donné naissance à un roman, architecture de tests biochimiques particulièrement souple et précise, qui préserve la séquence d'utilisation de dizaines de réactifs simultanément pendant un test."

Vers des outils de diagnostic mobile ciblés

L'équipe IBM a également démontré que ce type d'architecture pouvait être utilisé pour mesurer des réactions enzymatiques, en vue de détecter diverses maladies (maladies génétiques, par exemple). Il a également montré une preuve de concept pour une méthode d'amplification d'ADN, une réaction utilisée pour produire des copies d'un segment d'ADN spécifique à partir d'un échantillon, à température ambiante. La méthode élimine la nécessité pour un technicien d'effectuer des cycles répétés de chauffage et de refroidissement sur l'échantillon. Une seule goutte d'échantillon est insérée dans l'appareil, et l'analyse est effectuée automatiquement. Cette expérience montre un potentiel d'utilisation future du procédé pour effectuer le séquençage de l'ADN de gènes associés à des pathologies telles que le cancer, et pour détecter certains virus.

« Notre espoir est que notre processus permettra aux fabricants de laboratoires sur puce d'atteindre des performances de diagnostic sans précédent, avec des produits aussi simples d'utilisation que les glucomètres actuels, " dit le Dr Delamarche.

Dernièrement, étant donné que les signaux biochimiques enregistrés par ce type de test pourraient vraisemblablement être lus par un smartphone et transmis à une banque de données centralisée, les tests pourraient également jouer un rôle futur important dans la surveillance de la propagation des épidémies dans les régions éloignées des centres médicaux, et dans le dépistage aux niveaux national et international de diverses maladies.