Projet ANR-15-CE29-0026 – NanoBioSensor : Biodétection d'analytes de faible taille par l'intermédiaire de nanostructures résonantes
Programme : Défi de tous les savoirs (DS10) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Marc Lamy de la Chapelle (Laboratoire de Chimie, Structures et Propriétés des Biomatériaux et des Agents Thérapeutiques)
Partenaires : Austrian Research Centers; Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 282880.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Les biocapteurs sont des dispositifs analytiques constitués de deux éléments principaux : un transducteur physico-chimique et un élément biologique servant de biorécepteur. Ces dispositifs sont élaborés avec l'objectif de détecter une cible en faible quantité de manière spécifique et rapide dans un environnement complexe. Un des principaux défis dans le domaine des biocapteurs est la sensibilité. Ceci est particulièrement vrai dans le cas de cibles de faible poids moléculaire comme les toxines ou les molécules odorantes, la réponse des techniques de détection classiques étant généralement au-dessus des limites de détection exigées. La sensibilité des biocapteurs peut être améliorée soit en optimisant la qualité du biorécepteur, soit en amplifiant le signal mesuré par les techniques de transduction. De nombreux progrès ont été faits dans l’optimisation de l'affinité de biorécepteurs tels que les anticorps, les aptamers, ou les « agents » spécifiques conçus pour reconnaître et lier des cibles de faible poids moléculaire en solution ou dans l'air. De plus, les développements récents des processus de nanostructuration ont ouvert la voie à la mise au point de méthodes reproductibles et fiables de transduction optique et spectroscopique.
Dans ce contexte, nous proposons de combiner les méthodes de transduction piézoélectrique et spectroscopique pour la détection d'analytes de faible poids moléculaire avec deux objectifs principaux : (i) au niveau fondamental, nous visons à obtenir une compréhension détaillée des interactions moléculaires se produisant entre le biorécepteur et l’analyte, tandis que (ii) au niveau appliqué, nous avons l'intention de concevoir des biocapteurs sensibles pour une telle détection.
Pour les biorécepteurs, nous utiliserons des anticorps et des aptamers ainsi que des structures chimiques synthétiques, définis comme des « sélecteurs » moléculaires. Pour la partie transduction, nous proposons une méthode de détection visco-élastique basée sur le principe de la microbalance à quartz (QCM)  combinée aux spectroscopies vibrationnelles exaltées de surface (diffusion Raman ou absorption IR) plus connues sous les noms de SERS et SEIRAS, respectivement. Une telle combinaison sera rendue possible par la nanostructuration de la surface de l’électrode en QCM. L'objectif d'une telle combinaison est d'améliorer de manière significative les performances du biocapteur et de l’ouvrir à de nouvelles fonctionnalités. Premièrement, le QCM fournira une détection rapide de n'importe quelle interaction entre le biorécepteur et la cible à détecter, ouvrant la voie à l’étude détaillée des mécanismes d'interaction à l’échelle moléculaire. Deuxièmement, à partir de la signature spectrale vibrationnelle, le SERS et le SEIRAS permettront l'identification de l'analyte ainsi que l’observation d’éventuelles modifications structurales due à l'interaction avec le biorecepteur.
De plus, ces deux spectroscopies exaltées exploitent les propriétés plasmoniques des nanostructures métalliques qui créent un champ électromagnétique très intense au voisinage des nanostructures. Cette exaltation électromagnétique induit une augmentation des signaux Raman ou IR. Les facteurs d’exaltation en SERS et SEIRAS ont été évalués pour être de l’ordre de 106 à 1010, ouvrant la voie à l'observation et à la détection de très faibles quantités de molécules. Un biocapteur basé sur ce principe sera donc à la fois rapide, fiable, spécifique et extrêmement sensible.
Le succès de ce projet repose sur l'expertise complémentaire des partenaires impliqués dans les domaines des spectroscopies vibrationelles exaltées, la nanostructuration de surface et la fonctionnalisation de surface.