Les biocapteurs cellulaires peuvent simuler l'effet de diverses substances, comme la drogue, sur le corps humain en laboratoire. Selon le principe de mesure, bien que, les produire peut être coûteux. Par conséquent, ils ne sont souvent pas utilisés. Les facteurs de coût pour les capteurs qui effectuent des mesures électriquement sont le matériau d'électrode coûteux et la production complexe. Les scientifiques de Fraunhofer produisent maintenant des biocapteurs avec des électrodes de graphène à moindre coût et simplement en impression rouleau à rouleau. Un prototype de système pour la production en série existe déjà.

Les biocapteurs cellulaires mesurent les changements dans les cultures cellulaires via des signaux électriques. Cela se fait au moyen d'électrodes qui sont montées à l'intérieur de la boîte de Pétri ou des puits d'une plaque dite à puits. Si des virus ajoutés détruisent une couche cellulaire continue sur les électrodes, par exemple, la résistance électrique mesurée entre les électrodes est réduite. De cette façon, l'effet de vaccins ou de médicaments (par exemple) peut être testé :plus le principe actif est efficace, plus le nombre de cellules détruites par les virus est petit et plus le changement de résistance mesuré sera faible. Également des tests de toxicité, comme sur les produits cosmétiques, peut fonctionner selon le même principe et peut remplacer à l'avenir l'expérimentation animale. Autre avantage :Si les biocapteurs sont reliés à une unité d'évaluation, les mesures peuvent être continues et automatisées.

Conducteur, biocompatible, imprimable

La préparation des biocapteurs décrits est coûteuse et complexe, cependant :les électrodes sont en un matériau biocompatible et électriquement conducteur, comme l'or ou le platine. La production de microélectrodes nécessite un processus lithographique compliqué. Le résultat :Les laboratoires n'achètent souvent pas ces biocapteurs en raison des coûts élevés, et l'examen des cultures cellulaires continue d'être effectué manuellement au microscope. En alternative aux métaux précieux, cependant, le graphène peut maintenant être utilisé comme matériau pour les électrodes. Les avantages du matériau carbone :il est électriquement conducteur, biocompatible et, si sous forme d'encre, peut être imprimé sur des surfaces.

Des scientifiques de l'Institut Fraunhofer de génie biomédical IBMT à St. Ingbert, dans la région allemande de la Sarre, ont utilisé une telle encre au graphène. En collaboration avec des partenaires industriels du projet M-era.Net BIOGRAPHY, qui est financé par le ministère fédéral allemand de l'éducation et de la recherche (BMBF), ils ont développé un procédé d'impression qui permet de produire un grand nombre de biocapteurs au graphène dans un processus de rouleau à rouleau rentable. "Notre prototype de système peut imprimer environ 400 biocapteurs par minute sur une feuille continue, " Dr Thomas Velten, Chef du Département Microsystèmes Biomédicaux à l'IBMT et Chef de Projet de BIOGRAPHIE, dit en décrivant le résultat du travail de développement. Alors que le matériel d'impression et l'encre au graphène sont fournis par les partenaires impliqués, les scientifiques de l'IBMT se sont occupés de la conception du processus d'impression. "En particulier, il est crucial d'ajuster des paramètres tels que la viscosité de l'encre, vitesse d'impression, pression de la racle – une racle essuie l'excès d'encre – et bien profondeur du cylindre d'impression pour que les structures imprimées correspondent aux dimensions nominales, " explique Velten. Une équipe interdisciplinaire de biologistes et d'ingénieurs de l'IBMT a également développé une encre protéique, qui est imprimé directement sur les électrodes après le graphène. Velten :« Ce n'est que grâce aux protéines que les cellules adhèrent suffisamment à la feuille d'électrode ». Un processus compliqué :les énergies de surface de la feuille et de l'encre doivent être adaptées l'une à l'autre de manière à ce que le transfert de l'encre du cylindre d'impression à la feuille se fasse de manière optimale. Le séchage des structures imprimées est particulièrement critique, car les protéines ne tolèrent pas les solvants ou les températures élevées. Seul le bon mélange d'ingrédients d'encre et de méthode de séchage garantit que l'encre sèche assez rapidement.