ElecFET, un nouveau concept de biocapteurs miniaturisés

À la recherche de méthodes plus efficaces pour détecter des biomolécules, des chercheurs du Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (LAAS-CNRS) et de l’Université Toulouse III - Paul Sabatier, ont développé un nouveau concept de capteurs miniaturisés, en collaboration avec Hemodia, une société spécialisée dans le développement de dispositifs médicaux. Le nouveau dispositif, appelé ElecFET, associe, pour la première fois, un microcapteur d’acidité et une microélectrode métallique présentant, sur sa surface, une enzyme spécifique à la molécule recherchée. L’avancée technologique est liée à l’imbrication de ces deux composants à l’échelle micrométrique sur une puce électronique en silicium.
L’analyse d’ElecFET (transistor électrochimique à effet de champ) repose sur une réaction chimique entre la biomolécule recherchée et une enzyme de la famille des oxydases capable de la dégrader. La surface de la microélectrode présente, en effet, une couche enzymatique spécifique de la molécule recherchée. Lorsque la molécule s’approche de l’électrode, l’enzyme la capture et la dégrade. Cette réaction produit du peroxyde d’hydrogène qui est alors oxydé sur l’électrode, libérant des ions hydroniums H₃O⁺ et entraînant une augmentation de l’acidité au voisinage de l’électrode. C’est ce pic d’acidité que le microcapteur de pH associé au dispositif détecte. Ainsi, en fonction de la chute de pH mesurée, ElecFET détermine la concentration de la molécule étudiée.
Le capteur ElecFET constitue une avancée technologique car il permet, dans un volume restreint (inférieur au microlitre), de dégrader la molécule recherchée, de contrôler l’oxydation du peroxyde ainsi produit et de mesurer la variation locale de pH associée. L’électrode et le capteur de pH sont finalement intégrés sur une puce de silicium, ce qui rend le dispositif compatible avec les technologies de la microélectronique.
ElecFET permet de détecter des molécules dans différentes gammes de concentration qui vont de la micromole à la mole par litre. L’avantage de ce système par rapport aux technologies actuelles est lié au contrôle de la réaction : en modifiant la polarisation de la microélectrode, il est possible de changer la gamme de détection du dispositif et de pallier ainsi une éventuelle faiblesse de l’activité de l’enzyme utilisée. Testé par les chercheurs pour la détection du glucose, du lactate et du glutamate, ElecFET a démontré une précision de mesure comparable à celle des technologies actuelles.
Ce nouveau capteur devrait répondre à plusieurs problématiques en médecine ou pour les filières agroalimentaires. Le dispositif permet par exemple de mesurer la glycémie, les concentrations en lactate, un marqueur du stress physiologique décrivant l’état de fatigue d’un sportif, mais aussi, sur le plan agroalimentaire, un marqueur des procédés basés sur la fermentation lactique. L’éventail de molécules détectées par ElecFET pourrait finalement être élargi à l’ensemble des enzymes de la famille des oxydases, ouvrant de nombreuses potentialités d’application.

Diallo AK et al. (2013) Biosens Bioelectron 40, 291-6

Source : CNRS

Puce ElecFET montée sur circuit imprimé en vue de l’analyse en phase liquide.
© Pierre Temple-Boyer