Une révolution dans le domaine du diagnostic ?
Plus sensible, plus rapide, moins cher : des chimistes développent un biocapteur à base de graphène
Les matériaux bidimensionnels tels que le graphène sont non seulement ultraminces, mais aussi extrêmement sensibles. C'est pourquoi les chercheurs tentent depuis des années de mettre au point des biocapteurs très sensibles qui utilisent cette propriété. Les transistors à effet de champ à base de graphène, par exemple, pourraient enregistrer les plus infimes changements dans les propriétés électroniques provoqués par les molécules lorsqu'elles interagissent avec cette couche atomiquement fine. Cependant, l'hypersensibilité du matériau a jusqu'à présent empêché la réalisation pratique de cette idée. Des scientifiques de l'université Friedrich Schiller d'Iéna, en Allemagne, ont maintenant mis au point une solution pour surmonter cet obstacle, ouvrant potentiellement la voie à une révolution dans le domaine du diagnostic. Ils ont publié leurs résultats dans la revue de recherche "Advanced Materials".
À l'instar d'autres biocapteurs, un biocapteur à base de graphène nécessite une surface fonctionnalisée sur laquelle seules des molécules spécifiques peuvent se fixer. Si, par exemple, un biomarqueur spécifique doit être détecté à partir d'un échantillon de sang ou de salive, un homologue correspondant - une molécule dite de capture - doit être appliqué à la surface du capteur. Le problème : "Si le graphène est fonctionnalisé directement, sa structure électronique change de manière défavorable", explique le professeur Andrey Turchanin de l'université d'Iéna. "Le graphène n'est alors plus du graphène - les propriétés électroniques spécifiques que l'on souhaite utiliser ne sont plus disponibles. Les paramètres qui déterminent la sensibilité élevée d'un tel biocapteur - par exemple la mobilité des porteurs de charge - sont trop fortement influencés.
Fonctionnalisation grâce à une couche intermédiaire moléculaire
Cependant, Turchanin et son équipe, en collaboration avec des partenaires de l'industrie, de la recherche et de la médecine, ont maintenant mis au point une méthode permettant de fonctionnaliser le graphène sans interférence. "Nous avons appliqué au graphène une membrane de carbone moléculaire, qui est aussi fine que le graphène à un nanomètre. Cette couche intermédiaire est diélectrique, ce qui signifie qu'elle ne conduit pas l'électricité", explique le chimiste d'Iéna. "Les deux composants sont reliés l'un à l'autre par des forces dites de van der Waals et forment une hétérostructure que nous avons pu fonctionnaliser sans affecter les propriétés électroniques du graphène". En effet, des groupes fonctionnels chimiquement actifs peuvent être appliqués sans interférence à la couche intermédiaire moléculaire, à laquelle un nombre quelconque de molécules de capture différentes peuvent être attachées. Lorsque les contreparties souhaitées se fixent, elles transmettent le champ électrique au graphène, ce qui modifie les signaux électriques dans ce matériau sans en affecter les propriétés.
Étude d'échantillons cliniques complexes
Comme molécules de capture, les chercheurs ont équipé le groupe fonctionnel chimiquement actif de la couche intermédiaire moléculaire d'aptamères produits artificiellement qui peuvent lier des molécules spécifiques de manière très ciblée. Ils ont également fonctionnalisé la nanomembrane de carbone avec une couche de polyéthylène glycol répulsive pour les protéines, un polymère synthétique souvent utilisé en médecine. Cette couche empêche l'adsorption de substances indésirables sur la surface. De cette manière, les biomarqueurs recherchés peuvent être trouvés dans un échantillon biologique complexe.
Grâce à ce dispositif expérimental, les experts d'Iéna ont réussi à détecter des chimiokines, un certain groupe de protéines qui jouent un rôle important dans le système immunitaire humain et peuvent donc jouer un rôle majeur en tant que biomarqueurs dans le diagnostic des maladies. "Grâce à la coopération avec un laboratoire de médecine aux Pays-Bas, nous avons utilisé pour ces expériences des échantillons provenant d'écouvillons nasaux de vrais patients", explique Andrey Turchanin. "De plus, les capteurs en graphène que nous avons développés peuvent être utilisés pour trouver non pas un seul biomarqueur, mais des centaines", ajoute le Dr David Kaiser, premier auteur de la publication.
Plus sensibles, plus rapides, moins chers
"Ce résultat de recherche pourrait être révolutionnaire pour les diagnostics du futur, car nous avons pu lever un obstacle majeur sur la voie d'un biocapteur à base de graphène beaucoup plus efficace que tout ce qui est actuellement utilisé dans le domaine des applications cliniques normales", déclare le Dr Kaiser. "Il est beaucoup plus sensible, beaucoup plus rapide - les résultats sont disponibles en cinq minutes environ - et rentable s'il est produit en grandes quantités. Le principe de mesure est purement électrique : les variations du courant électrique indiquent à elles seules si les biomarqueurs recherchés ont été trouvés. Par conséquent, un tel biocapteur peut être facilement intégré dans la pratique clinique quotidienne en conjonction avec un appareil de point-of-care pratique. "C'est probablement possible avec nos téléphones portables", affirme M. Turchanin.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
David Kaiser, Nikolaus Meyerbroeker, Werner Purschke, Simone Sell, Christof Neumann, Andreas Winter, Zian Tang, Daniel Hüger, Christian Maasch, Lucas Bethge, Thomas Weimann, Gerben Ferwerda, Marien I. de Jonge, Albert Schnieders, Axel Vater, Andrey Turchanin; "Ultrasensitive Detection of Chemokines in Clinical Samples with Graphene‐Based Field‐Effect Transistors"; Advanced Materials, 2024-11-20
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités du secteur des sciences de la vie
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée aux biotechnologies, au secteur pharmaceutique et aux sciences de la vie vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
