PLateforme ANAlytique pour la biodétection multi-échelles sur Réseaux de POREs 2D – PLANARPORE

La santé d'un individu dépend dans de nombreux cas du déroulement de sa réponse immunitaire. Elle organise les défenses de l’organisme contre les infections, intervient dans les mécanismes de maladies inflammatoires et autoimmunes, l’élimination des cellules cancéreuses, les rejets de greffes... La définition précise des fonctions des cellules immunitaires, notamment de leurs sécrétions, présente un intérêt à la fois pour un meilleur diagnostic et une adaptation des traitements dans le cadre d’immunothérapies. Parmi ces cellules, les lymphocytes jouent un rôle primordial, notamment via la production de cytokines (destruction de cellules infectées, production d'anticorps...). Ces cellules monodispersées et non adhérentes sont bien adaptées à une manipulation dans un système fluidique. Les biocapteurs actuels permettent leur étude à l'échelle individuelle mais les systèmes analytiques multi-échelles autorisant l'étude, au sein du même dispositif, d'objets biologiques de différentes échelles de tailles comme une cellule (environ 10 µm) et ses protéines sécrétées (nanométriques) sont encore un sujet de recherche. Le verrou pour rendre ces microdispositifs d’analyse fonctionnels se situe dans l’élaboration de leur architecture qui doit comporter plusieurs étages de détection. Depuis vingt ans, l’utilisation de pores fonctionnalisés a émergé comme une méthode de biodétection atteignant des sensibilités supérieures à celles des méthodes classiques. Ces pores sont adaptés à la détection en série de très petites quantités d’échantillon. Dans ce projet, nous proposons de concevoir des biocapteurs multi-échelles basés sur un réseau de pores i) de différentes tailles (10-100 µm et 10-200 nm) ii) fonctionnalisés par des biomolécules de reconnaissance pour la capture spécifique de lymphocytes et la détection de leurs sécrétions moléculaires. Nous avons mis au point en 2009 une technique innovante nommée CLEF (ContactLess ElectroFunctionalization) qui permet un greffage rapide, en une étape et très localisé de biomolécules sur les parois d’un pore (micro- ou nanopore) percé dans un matériau semi-conducteur recouvert d’une couche diélectrique. Or, ces pores traversants, du fait de leur configuration 3D, i) présentent une grande complexité de fabrication et de mise en œuvre, ii) ne permettent pas d'analyses successives par des pores positionnés en série pour des détections en cascade, iii) ne sont pas compatibles avec les techniques de détection optiques qui sont des techniques standard, iv) ne se prêtent pas à une parallélisation de l’analyse et un multiplexage de la mesure. Afin de lever ces limitations, nous proposons d'utiliser une technologie bidimensionnelle de pores basée sur la restriction d’un canal microfluidique nommée pore 2D, et de démontrer la faisabilité de CLEF pour leur fonctionnalisation localisée. Le pore 2D sera conçu à l’aide de techniques lithographiques sur une puce microfluidique et la fonctionnalisation par CLEF sera mise en œuvre à l’aide de microélectrodes placées dans les canaux fluidiques proches des pores. La conception de biocapteurs multi-échelles sera ensuite envisagée grâce à des successions de pores de différentes tailles pour la détection combinée de lymphocytes et de leurs sécrétions. Les microélectrodes situées dans les canaux fluidiques permettront de détecter électriquement les sécrétions des lymphocytes en temps réel au niveau des nanopores. Les interactions biochimiques dans chaque pore pourront aussi être détectées par microscopie de fluorescence grâce à l'observation optique aisée permise par le capotage verre de la puce. Le format 2D de ce capteur multi-échelles permet d’envisager une analyse parallélisée pour traiter simultanément un grand nombre d’échantillons. Ce biocapteur générique de détection multi-échelle dynamique sans marquage peut s'adapter à tout autre modèle biologique de type cellule/sécrétions ou bactérie/toxines, et donc couvrir un large panel d'applications en santé.