Les chercheurs ont développé une méthode d'impression à jet d'encre unique pour fabriquer de minuscules lasers à microdisque polymère biocompatible pour les applications de biodétection. L'approche permet de produire à la fois le laser et le capteur à température ambiante, environnement de plein air, permettant potentiellement de nouvelles utilisations des technologies de biodétection pour la surveillance de la santé et le diagnostic des maladies.

« La possibilité d'utiliser une imprimante à jet d'encre commerciale peu coûteuse et portable pour fabriquer un capteur dans un environnement ambiant pourrait permettre de produire des biocapteurs sur site selon les besoins, " a déclaré le chef de l'équipe de recherche Hiroaki Yoshioka de l'Université de Kyushu au Japon. " Cela pourrait aider à généraliser la biodétection même dans les pays et régions économiquement défavorisés. où il pourrait être utilisé pour des tests biochimiques simples, y compris ceux pour la détection d'agents pathogènes.

Dans la revue The Optical Society (OSA) Matériaux optiques Express , les chercheurs décrivent la capacité d'imprimer des lasers à microdisques aussi petits que le diamètre d'un cheveu humain à partir d'un polymère spécialement développé appelé FC-V-50. Ils montrent également que les microdisques peuvent être utilisés avec succès pour la biodétection avec le système biotine-avidine largement utilisé.

"Notre technique peut être utilisée pour imprimer sur presque tous les substrats, " a déclaré Yoshioka. " Cela signifie qu'il pourrait un jour être possible d'imprimer un capteur de surveillance de la santé directement sur la surface de l'ongle d'une personne, par exemple."

Éliminer la chaleur

De nombreux biocapteurs d'aujourd'hui utilisent la forte interaction entre les molécules biotine et avidine pour détecter la présence de protéines qui indiquent une infection ou une maladie. Cela implique généralement le marquage d'une molécule d'intérêt avec de la biotine, puis la détection du moment où l'avidine s'y lie.

Une façon de mesurer la liaison biotine-avidine consiste à ajouter une protéine marquée à la biotine à la surface d'une microcavité optique qui agit comme un laser miniature. Lorsque l'avidine se lie à la biotine sur la microcavité, ses propriétés optiques changent suffisamment pour décaler l'émission de lumière d'une manière qui peut être utilisée pour détecter la liaison.

Cependant, le processus de modification nécessaire pour ajouter de la biotine à la surface des microcavités est fastidieux et chronophage. Elle nécessite également des traitements thermiques à haute température qui ne sont pas compatibles avec tous les matériaux, tels que les polymères.

"Nous avons développé un laser à cavité optique à microdisque organique pour la biodétection à l'aide du FC-V-50, " a déclaré Yoshioka. " Ce polymère spécial jet d'encre a un groupe fonctionnel carboxyle qui est compatible avec la biotine, ce qui élimine le besoin de tout type de traitement thermique."

Capteurs d'impression

Pour produire des lasers à microdisques, les chercheurs ont développé une encre contenant du FC-V-50 et un colorant laser. Un élément piézo intégré dans une buse à jet d'encre de la taille d'un cheveu permet une seule, minuscule goutte d'encre à éjecter lorsqu'une tension est appliquée. Une fois sec, cette goutte imprimée émettra de la lumière lorsque la lumière d'excitation est appliquée. Lorsque la lumière se déplace le long de la circonférence intérieure du disque, elle est amplifiée pour générer une lumière laser.

Pour transformer le laser à microdisque en capteur, les chercheurs ont imprimé un microdisque à l'aide de leur méthode à jet d'encre, puis ont ajouté des réactifs qui ont permis à la biotine de s'immobiliser sur sa surface à température ambiante. Ils ont ensuite utilisé la lumière pour exciter le laser à microdisque sous un microscope et ont mesuré le spectre d'émission laser de référence. Prochain, ils ont versé la solution d'avidine sur la surface du microdisque et ont lavé tout ce qui ne se liait pas à la biotine. L'émission laser a été mesurée à nouveau pour voir comment elle s'écartait du spectre de référence.

Pour tester la méthode, les chercheurs ont fabriqué des biocapteurs et mesuré leur capacité à détecter la protéine streptavidine à différentes concentrations. Ils ont pu détecter un changement de mode maximal de 0,02 nanomètre pour une concentration de 0,1 partie par million de streptavidine. Maintenant qu'ils ont démontré leur capacité à imprimer des biocapteurs fonctionnels, ils prévoient d'évaluer et d'optimiser davantage les performances des capteurs. Des dispositifs portables de mesure de l'émission lumineuse devraient également être développés pour que les capteurs soient utilisés au point de soins.