La miniaturisation remodèle rapidement le domaine de la biochimie, avec des technologies émergentes telles que la microfluidique et les dispositifs « laboratoire sur puce » prenant d'assaut le monde. Les réactions chimiques qui étaient normalement menées dans des flacons et des tubes peuvent désormais être effectuées dans de minuscules gouttelettes d'eau ne dépassant pas quelques millionièmes de litre. Particulièrement, dans les techniques de prise en sandwich des gouttelettes, ces minuscules gouttelettes sont disposées de manière ordonnée sur deux surfaces planes parallèles opposées l'une à l'autre. En rapprochant suffisamment la surface supérieure de la surface inférieure, chaque goutte supérieure entre en contact avec la goutte inférieure opposée, échanger des produits chimiques et transférer des particules ou même des cellules. De manière assez littérale, ces gouttelettes peuvent servir de petites chambres de réaction ou de cultures cellulaires, et ils peuvent également remplir le rôle d'outils de manipulation de liquides tels que les pipettes, mais à une échelle beaucoup plus petite.

Le problème avec la prise en sandwich des gouttelettes est qu'il n'y a pas de contrôle individuel des gouttelettes; une fois la surface supérieure abaissée, chaque goutte sur la surface inférieure entre nécessairement en contact avec une sur la surface supérieure. En d'autres termes, cette technologie est limitée aux opérations par lots, ce qui limite sa polyvalence et le rend plus coûteux. Existe-t-il un moyen simple de sélectionner les gouttelettes qui doivent entrer en contact lorsque les surfaces sont rapprochées ?

Merci au professeur Satoshi Konishi et à ses collègues de l'université Ritsumeikan, Japon, La réponse est un oui retentissant. Dans une étude récente publiée dans Rapports scientifiques , cette équipe de scientifiques a présenté une nouvelle technique qui permet de sélectionner individuellement les gouttelettes pour le contact dans la prise en sandwich des gouttelettes. L'idée derrière leur approche est assez simple :si nous pouvions contrôler la hauteur des gouttelettes individuelles sur la surface inférieure pour que certaines soient plus hautes que d'autres, nous pourrions rapprocher les deux surfaces de telle sorte que seules ces gouttelettes entrent en contact avec leurs homologues tout en épargnant le reste. Comment cela a été réellement réalisé, cependant, était un peu plus délicat.

Les chercheurs avaient déjà tenté d'utiliser l'électricité pour contrôler la "mouillabilité" du matériau diélectrique dans la zone située sous chaque gouttelette. Cette approche, connu sous le nom d'« électromouillage sur diélectrique (EWOD), " permet de modifier légèrement l'équilibre des forces qui maintient une goutte d'eau lorsqu'elle repose sur une surface. En appliquant une tension électrique sous la goutte, il est possible de l'étaler légèrement, augmenter sa superficie et réduire sa hauteur. Cependant, l'équipe a constaté que ce processus n'était pas facilement réversible, car les gouttelettes ne retrouveraient pas spontanément leur hauteur d'origine une fois la tension coupée.

Pour s'attaquer à ce problème, ils ont développé une électrode EWOD avec un motif hydrophile-hydrophobe. Lorsque l'électrode est allumée, le processus décrit précédemment fait que la goutte au-dessus s'étale et devient plus courte. Inversement, lorsque l'électrode est éteinte, la partie hydrophobe externe de l'électrode repousse la goutte tandis que la partie hydrophile interne l'attire. Cela restaure la forme d'origine, et hauteur, de la gouttelette.

Les chercheurs ont présenté leur méthode en plaçant plusieurs électrodes EWOD sur la surface inférieure d'une plate-forme de prise en sandwich de gouttelettes. En appliquant simplement une tension aux électrodes sélectionnées, ils pouvaient facilement choisir quelles paires de gouttelettes entraient en contact lorsque la plate-forme supérieure était abaissée. Dans leur démonstration, ils ont transféré le colorant rouge des gouttelettes supérieures à seulement certaines des gouttelettes inférieures. "Notre approche peut être utilisée pour établir électriquement des contacts individuels entre gouttelettes, nous permettant de contrôler sans effort la concentration de produits chimiques dans ces gouttelettes ou même de transférer des cellules vivantes de l'une à l'autre, " explique le Pr Konishi.

Cette étude ouvre la voie à une combinaison potentiellement fructueuse de techniques de gestion des gouttelettes et d'automatisation. « Nous envisageons que la technologie de laboratoire sur puce utilisant des gouttelettes remplacera les opérations manuelles conventionnelles utilisant des outils tels que des pipettes, améliorant ainsi l'efficacité du dépistage des médicaments. À son tour, cela accélérera le processus de découverte de médicaments, » souligne le Pr Konishi. Il ajoute que la culture de cellules en gouttelettes pendantes, qui a été utilisé dans le domaine de la biologie cellulaire, rendra également l'évaluation cellulaire des médicaments et des produits chimiques moins chère et plus rapide, représentant un outil précieux pour la biochimie et la biologie cellulaire.

Espérons que les fruits de cette technologie « tombent » au coin de la rue.