Réaliser l’empreinte d’une molécule afin de l’identifier

L’Institut de chimie analytique de l’Université de Vienne met au point des matériaux fonctionnels capables d’identifier des molécules, des polymères, voire des cellules entières. Le principe ? Réaliser des empreintes d’un analyte, dans un polymère, puis poser ce dernier sur un quartz et en mesurer les vibrations acoustiques de surface.

Plus précisément, qu’il soit d’origine chimique ou biologique, l’analyte recherché est mis au contact d’un plastique en cours de synthèse, tel que le polyuréthane, qui, par auto-organisation, va se structurer et polymériser, stériquement comme fonctionnellement, jusqu’à former des empreintes : à l’issue de la polymérisation, la fine couche de polymère, de quelques centaines de nanomètres d’épaisseur, est criblée de trous ayant la forme des analytes. Par la suite, elle est placée sur un quartz piézoélectrique relié à des résonateurs SAW (Surface Acoustic Wave) à hautes fréquences. Or tout analyte passant à proximité du capteur ainsi formé s’encastrera dans une empreinte lui correspondant, si bien qu’il modifiera la masse du revêtement et la fréquence de résonance du quartz. De ce fait, même une molécule isolée peut être détectée, la limite de sensibilité étant de l’ordre du femtogramme (10^-15 g).

De plus, le système de détection développé a pour avantage d’être applicable à de nombreux analytes – molécules, particules biologiques, cellules… – et à de nombreux milieux, en phase gazeuse ou liquide. Franz Dickert et Oliver Hayden ont notamment pu différencier les virus du rhume [Patolsky, 2004], puis catégoriser des cellules sanguines en fonction de leur groupe sanguin [Hayden, 2006a].

Autre prouesse technique à la portée des chercheurs : déterminer l’état d’une cellule cancéreuse. Des empreintes moléculaires adaptées permettent de savoir si une cellule est en phase de division ou non, quand d’autres servent à mesurer son état de nutrition, avec pour seule contrainte de produire de telles empreintes. Par conséquent, la technologie de reconnaissance par empreinte s’avère plus souple et plus économique que les technologies anticorps/antigènes, qui sont tributaires d’anticorps parfois difficiles à obtenir puis à greffer à la surface des cristaux de quartz. De plus, leurs capteurs faits d’anticorps synthétiques sont robustes alors que les anticorps naturels se dégradent rapidement.

Pour en savoir plus :

• Franz L. Dickert, Peter Lieberzeit, Sylwia Gazda Miarecka, Karl Jürgen Mann, Oliver Hayden, Christian Palfinger (2004). ‘Synthetic receptors for chemical sensors - Subnano- and micrometre patterning by imprinting techniques’, Biosensors and Bioelectronics, 20(6):1040-1044, doi:10.1016/j.bios.2004.07.011
• Fernando Patolsky, Gengfeng Zheng, Oliver Hayden, Melike Lakadamyali, Xiaowei Zhuang, Charles M. Lieber (2004). ‘Electrical detection of single viruses’, PNAS, 101(39):14017-14022, doi:10.1073/pnas.0406159101
• Franz L. Dickert, Oliver Hayden, X. Chen, Stefan Krassnig, J. Kauling (2005). ‘Acoustic transducers and soft-lithography - detection of biological analytes’, Proceedings of the IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE 2005), doi:10.1109/ISIE.2005.1529073
• Oliver Hayden, Karl Jürgen Mann, Stefan Krassnig, Franz L. Dickert (2006). ‘Biomimetische AB0‐Blutgruppenbestimmung’, Angewandte Chemie, 118(16):2688-2691, doi:10.1002/ange.200502857
• Oliver Hayden, D. Podlipna, Xiaowei Chen, Stefan Krassnig, A. Leidl, Franz L. Dickert (2006). ‘Nanolithography and subnanomolecular interactions for biomimetic sensors’, Materials Science and Engineering: C, 26(5–7):924-928, doi:10.1016/j.msec.2005.09.014
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