Une petite puce équipée de plus d'une centaine de capteurs, capables d'analyser rapidement plusieurs échantillons chimiques et biologiques simultanément, a été développée par des chercheurs brésiliens, avec une collaboration internationale. Testé en laboratoire, l'appareil a réussi à surveiller les cellules cancéreuses, à détecter un marqueur du virus Mpox (qui provoque une maladie zoonotique) et à analyser des échantillons simulant de l'urine.
L'idée des chercheurs est que la puce soit appliquée à des appareils portables pour des analyses cliniques à grande échelle réalisées en moins de temps. La recherche est décrite dans l'article, Puces bidimensionnelles haute densité activées par électrodes commutables : une approche simple et généralisable pour des analyses électrochimiques à haut débitpublié dans la revue scientifique ACS Sensors.
« La technologie résout un vieux problème dans le domaine des capteurs électrochimiques : la difficulté de concentrer de nombreux capteurs sur une seule puce sans augmenter la complexité du fonctionnement du système », explique le chercheur Renato Lima, du Centre national de recherche en énergie et matériaux (CNPEM), une organisation sociale supervisée par le ministère de la Science, de la Technologie et de l'Innovation (MCTI) et responsable de la recherche. « Le dispositif rassemble sur une puce, de dimensions 75×35 millimètres, plus de 100 capteurs microscopiques qui fonctionnent de manière intégrée », rapporte le professeur Osvaldo Novais de Oliveira Junior, de l'Institut de physique de São Carlos (IFSC) de l'USP, l'un des chercheurs impliqués dans le projet.
« L'innovation réside dans le fonctionnement de ces capteurs : ils alternent leurs fonctions lors des tests, ce qui permet de réduire drastiquement le nombre de connexions électriques nécessaires », souligne le chercheur de l'IFSC. « Cette simplification rend la puce plus compacte et plus facile à produire, en plus de réduire le coût de chaque capteur. »
De multiples fonctionnalités
Selon le professeur Oliveira Junior, dans le cadre de la recherche, la puce a été utilisée pour surveiller la prolifération des cellules cancéreuses, pour détecter un biomarqueur du virus Mpox et pour mesurer les niveaux de phosphate dans des échantillons simulant l'urine humaine. « Autrement dit, la puce peut avoir de multiples fonctionnalités, à condition que la couche de détection active soit adaptée aux substances à détecter ou à surveiller », souligne-t-il.
Le chercheur note que l'objectif principal des travaux était de réduire le temps d'analyse lors des examens cliniques et du suivi, grâce à une puce qui analyse des dizaines d'échantillons en même temps. «Nous avons démontré que les capteurs peuvent être utilisés avec des équipements portables qui mesurent les propriétés électrochimiques des échantillons», souligne-t-il. « Cependant, d'autres techniques de détection peuvent être utilisées, notamment l'analyse d'images des puces, en utilisant l'apprentissage automatique pour le diagnostic. »
«Dans notre travail, nous avons démontré à l'échelle du laboratoire qu'il est possible de produire des chips», explique Oliveira Junior. « Pour qu'ils soient produits à grande échelle, un investissement important dans l'ingénierie des dispositifs est nécessaire pour développer des procédures permettant la fabrication de centaines ou de milliers de puces, avec des résultats reproductibles. »
Selon le professeur Oliveira Junior, bien que conceptuellement il n'y ait aucune difficulté, la certification des dispositifs pour les essais cliniques n'a lieu qu'avec de tels résultats. « Ce type d'investissement n'a de sens que s'il existe des entreprises ou des laboratoires d'analyses cliniques intéressés à mettre les tests sur le marché », conclut-il. Les travaux ont été réalisés dans le cadre d'un partenariat entre le CNPEM, l'IFSC et l'Université du Colorado, aux États-Unis.
Les chercheurs Bruna Hryniewicz, Flávio Shimizu et Karl Clinckspoor, du CNPEM, ont participé aux travaux ; Gabriela Zoia, du CNPEM et de l'École de Génie Chimique de l'Université de Campinas (Unicamp) ; Bruna Bragantin Gabriel Pimentel, Pedro da Silva et Paula Corsato, du CNPEM et de l'Institut de Chimie Unicamp ; Thiago Martins, de l'IFSC ; Juliana Costa et Murilo Santhiago, du CNPEM et de l'Université fédérale ABC (UFABC) ; Charles Henry, de l'Université du Colorado (États-Unis) ; Osvaldo Novais de Oliveira Junior, de l'IFSC, et Renato Lima, du CNPEM. (Avec des informations du Jornal da USP)
