Chef(s) de projet: Leyla Soleymani
Problème
La tuberculose provoque des millions de décès à chaque année dans le monde.
L’étalon-or actuel, le diagnostic par culture cellulaire, est lent et peut se traduire par une progression ou une propagation de la maladie.
Les techniques moléculaires sont prometteuses, mais elles ne sont pas largement utilisées.
Cela signifie qu’il faudrait disposer de plateformes portables, miniaturisées, faciles à utiliser, de faible puissance, et peu coûteuses au point de traitement (PDT), qui conviendraient particulièrement à une utilisation dans des milieux à faible revenu et pauvres en ressources.
Solution
Les plateformes sur puce sont idéales pour les systèmes au PDT parce que plusieurs centaines ou milliers de dispositifs miniaturisés, à une échelle allant de nano à micro, peuvent être intégrés sur une plateforme unique grâce aux méthodes de fabrication adaptables.
Néanmoins, leur manque d’intégration avec les systèmes de préparation d’échantillons appropriés a limité leur utilisation dans les milieux pauvres en ressources et au PDT.
La lyse cellulaire est une étape critique de la préparation de l’échantillon pour la détection des acides nucléiques; par conséquent, les systèmes de laboratoire sur puce s’appuient sur la lyse bactérienne pour la libération de matière cellulaire. Bien que les dispositifs de lyse électriques puissent être miniaturisés pour l’intégration de la lyse sur une puce sans réactif, ils ont souvent l’inconvénient d’exiger u courant à haute tension.
L’objectif du projet était de créer un dispositif de lyse à haut rendement exigeant une tension inférieure à 12 V (pour fonctionner à l’aide d’une pile) pouvant être fabriqué rapidement, à peu de frais et à diverses échelles.
L’équipe s’est employée à concevoir des électrodes de lyse en réduisant l’écart entre ceux-ci, incorporant des matériaux à nanoéchelle sur les surfaces des électrodes et en créant des électrodes en trois dimensions à ratio d’aspect élevé pouvant pénétrer dans des solutions.
Résultat
L’équipe du projet a été en mesure de produire une nouvelle méthode de prototypage rapide pour la création d’électrodes multi-échelles avec des fonctionnalités permettant de surmonter les besoins élevés en énergie pour la lyse des cellules comme première étape vers le développement d’un dispositif de diagnostic de la tuberculose portable.
Cette méthode de fabrication lui a permis de créer des puces peu coûteuses et jetables qui ont des microélectrodes 3D à ratio d’aspect élevé et comportent des caractéristiques nanométriques et des écarts inter-électrodes à microéchelle.
En utilisant des électrodes structurellement optimisées, l’équipe a obtenu un rendement de lyse supérieur à 95 % à un potentiel appliqué de 4 V pour les cellules E. coli, ce qui en fait un candidat potentiel pour l’intégration dans des systèmes de laboratoire sur puce portables.
Des études supplémentaires sont en cours pour mieux comprendre l’effet du potentiel appliqué et de la structure de l’électrode sur la lyse de différents types de cellules bactériennes, et pour déterminer l’utilité de ce système d’électrodes dans un large éventail d’applications pour des maladies infectieuses.
Les résultats du projet ont été diffusés dans plusieurs publications, dont la revue Analyst de la Royal Society of Chemistry.