Brevet FR2842604A1 — publié le 20040123

SYSTEME DE DETECTION D'AU MOINS UNE SUBSTANCE CHIMIQUE La présente invention se rapporte aux systèmes de détection d'au moins une substance chimique. Plus particulièrement, l'invention concerne parmi ces systèmes de détection, ceux qui comprennent un capteur de mesure pour capter sélectivement ladite au moins substance chimique à détecter, et une unité de mesure associée au capteur de mesure et destinée à être reliée à une unité de traitement pour déterminer ou non la présence de la substance chimique à détecter. Dans ces types de système de détection connus, le capteur de mesure est généralement constitué par une paire d'électrodes placée dans un fluide à analyser, la paire d'électrodes étant destinée à détecter la présence ou non d'une substance chimique telle qu'une molécule spécifique présente dans le fluide à analyser. La paire d'électrodes est généralement formée d'une électrode de référence et d'une électrode de mesure sur laquelle est rapporté un revêtement polymérique conducteur. Ce revêtement polymérique conducteur est choisi pour générer un signal électrique intrinsèque lorsqu'une molécule déterminée est absorbée sélectivement à la surface dudit revêtement polymérique. Toutefois, ces systèmes de détection présentent une sensibilité relativement faible car les revêtements polymériques ne sont pas adaptés pour détecter de très faibles concentrations d'une molécule spécifique. Par ailleurs, les revêtements polymériques sont uniquement adaptés pour détecter des molécules spécifiques présentant une formule chimique assez simple. Ainsi, pour détecter des molécules complexes, il est impératif de mettre en série plusieurs électrodes de mesure comportant des revêtements polymériques distincts pour permettre une éventuelle détection de molécules à formule chimique complexe. De plus, les revêtements polymériques tendent à saturer rapidement en présence d'une concentration assez importante de la molécule à détecter, ce qui ne permet pas d'évaluer avec précision la concentration desdites molécules ciblées. La présente invention a notamment pour but de pallier les inconvénients cités ci-dessus. A cet effet, selon l'invention, le système de détection d'au moins une substance chimique est caractérisé en ce que le capteur de mesure comprend au moins un neurone olfactif choisi pour capter sélectivement la substance chimique à détecter, et en ce que le neurone olfactif est disposé de manière fixe sur un support pour coopérer avec l'unité de mesure. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - le support est recouvert au moins en partie d'un isolant électrique sur lequel est rapporté de manière fixe le neurone olfactif; - l'isolant électrique comprend un polymère adapté pour permettre en outre la fixation du neurone olfactif; - le dépôt du polymère sur le support est réalisé par voie électrochimique en plongeant au moins en partie le support et une électrode de référence dans un électrolyte liquide à base d'au moins un sel et d'un solvant, et en amenant le support et l'électrode de référence à un potentiel au moins égale au potentiel d'oxydation dudit solvant; - le solvant est choisi parmi une diamine primaire aliphatique saturée pure, une tri-amine primaire aliphatique saturée pure, un amino-thiol aliphatique saturé et un dithiol aliphatique saturé; - l'unité de mesure comprend au moins une électrode de mesure et une électrode de référence en contact avec le neurone olfactif, lesdites électrodes de mesure et de référence étant destinées à être reliées à l'unité de traitement; - le neurone olfactif présente un corps cellulaire qui se prolonge de part et d'autre par des dendrites et un axone présentant une membrane plasmique, et l'électrode de mesure est disposée à l'intérieur de la membrane plasmique de l'axone tandis que l'électrode de référence est disposée au contact de la surface de la membrane plasmique dudit axone; et - l'unité de mesure comprend, d'une part, des moyens d'émission d'une lumière d'excitation en direction du neurone olfactif pour permettre à la lumière d'excitation d'interagir avec la substance chimique à détecter pour produire un rayonnement à détecter, et d'autre part, des moyens de réception pour recevoir le rayonnement à détecter émis par la substance chimique, lesdits moyens de réception étant reliés à l'unité de traitement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de trois de ses formes de réalisation, données à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins joints. Sur les dessins: - la figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée d'une partie du système de détection selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe du système de détection selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe du système de détection selon un second mode de réalisation de l'invention; et - la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une partie du système de détection selon un troisième mode de réalisation. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Les figures 1 et 2 représentent un premier mode de réalisation du système de détection conforme à l'invention. Ce système de détection comprend une embase 2 se présentant sous la forme d'une plaque parallélépipédique comprenant une face inférieure 21 destinée à reposer sur un appui quelconque, et une face supérieure 22, opposée et parallèle à la face inférieure 21, et sur laquelle est destiné à être fixé un support 3. Comme on le verra dans la suite de la description, ce support 3 est destiné à permettre la fixation du capteur de mesure. Le système de détection comprend également une entretoise 4, qui, dans l'exemple considéré ici, se présente sous la forme générale d'un cadre rectangulaire dont le contour extérieur est sensiblement égal au contour extérieur de l'embase 2. Cette entretoise 4 comprend également une face inférieure 41 destinée à être fixée sur la face supérieure 22 de l'embase 2, et une face supérieure 42 sur laquelle est destiné à être fixé un couvercle 5. Ce couvercle 5 se présente également sous la forme d'une plaque parallélépipédique dont le contour extérieur est sensiblement identique au contour extérieur de l'entretoise 4 et de l'embase 2. Ainsi, comme on peut le voir sur la figure 2, lorsque l'entretoise 4 est rapportée de manière fixe sur l'embase 2 et que le couvercle 5 repose sur la face supérieure 42 de l'entretoise 4, le système de détection présente une enceinte 6 dans laquelle se situe le support 3. Le support 3 est adapté pour recevoir de manière fixe un neurone olfactif 7 qui sera choisi pour capter ou piéger sélectivement une substance chimique spécifique et prédéterminée présente dans un fluide à analyser disposé dans l'enceinte 6 du système de détection. Le neurone olfactif qui est recouvert par une membrane plasmique 70 comprend une partie centrale 71, ou corps cellulaire du neurone, qui se prolonge d'un côté par des dendrites 72 formées d'une pluralité de cils récepteurs et de l'autre côté par un axone 73 qui s'étend jusqu'à une terminaison axonale. D'une manière générale, le neurone olfactif consacre une partie de ses gênes à commander la synthèse de grosses molécules, les protéines réceptrices, que le neurone place dans la membrane de ces cils ou dendrites 72. Ces récepteurs moléculaires qui sont assez distincts suivant le neurone olfactif sélectionné peuvent fixer ou lier et également reconnaître un grand nombre de substances chimiques ou molécules odorantes. Le neurone olfactif destiné à être déposé sur le support 3, est choisi parmi une pluralité de neurones olfactifs, pour ses propriétés ou plus exactement pour les propriétés réceptrices de ces cils à capter ou piéger une molécule odorante particulière. A titre d'exemple, si le système de détection est destiné à capter certaines molécules odorantes présentent dans un liquide pollué tel que l'eau, le neurone olfactif peut être extrait du système neuronal olfactif d'une truite dont certains neurones olfactifs sont adaptés pour reconnaître de très faibles concentrations de molécules odorantes très spécifiques. Pour fixer le neurone olfactif 7 sélectionné sur le support 3, on utilise un polymère ayant des propriétés d'isolations électriques tout en permettant la fixation du neurone olfactif. Le dépôt du polymère 10 sur le support 3 est réalisé par voie électrochimique en plongeant au moins en partie sur le support 3 et une électrode de référence (non représentée) dans un électrolyte liquide à base d'au moins un sel et d'un solvant. Le support 3 et l'électrode de référence peuvent être réalisés en platine, en or ou en carbone vitreux ou alors à base de silicium du type p d'épaisseur contrôlée. On amène ensuite le support 3 et l'électrode de référence à un potentiel au moins égal au potentiel d'oxydation dudit solvant pour permettre la fixation du polymère 10 sur le support 3 et sur l'électrode de référence. A titre d'exemple, le solvant utilisé peut être choisi parmi une diamine primaire aliphatique saturée pure, une tri-amine primaire aliphatique saturée pure ou un amino-thiol aliphatique saturé ou bien encore un dithiol aliphatique saturé. Il suffit ensuite de retirer le support 3 de l'électrolyte et de placer le neurone olfactif choisi pour capter sélectivement une molécule odorante sur le polymère ainsi obtenu et qui recouvre le support. Le polymère présente la propriété d'être un polymère isolant électrique, ce qui permet lors de sa réalisation par électrosynthèse de stopper naturellement sa formation en obtenant ainsi un revêtement polymérique très mince. Par ailleurs, le polymère est avantageusement choisi pour être non toxique et biocompatible avec le neurone olfactif choisi. Selon le premier mode de réalisation représenté sur la figure 2, le neurone olfactif 7 est en contact avec un système de mesure 8 lui-même relié à une unité de traitement 9 adaptée pour analyser les informations directement obtenues par l'unité de mesure 8. Cette unité de mesure comprend une première microélectrode de référence 81 présentant une extrémité reliée à l'unité de traitement 9 et une deuxième extrémité disposée à la surface et au contact de la membrane plasmique 70 de l'axone 73 du neurone olfactif 7, et une deuxième microélectrode de mesure 82 présentant une première extrémité reliée à l'unité de traitement 9 et une deuxième extrémité disposée à l'intérieur de la membrane plasmique 70 de l'axone 73 du neurone olfactif 7. Le couvercle 5 du système de détection comprend, quant à lui, deux ouvertures traversantes 51, 52 destinées à recevoir de manière étanche les microélectrodes 81 et 82. Le couvercle 5 comprend également une fenêtre traversante 53 permettant une communication entre le milieu extérieur et l'enceinte 6. L'entretoise 4 peut également comprendre au niveau de sa face inférieure 41 un évidement 43 destiné à délimiter une fenêtre 44 avec la face supérieure 22 de l'embase 2. La fenêtre traversante 53 du couvercle 5 peut par exemple constituer l'orifice d'entrée du fluide à analyser à l'intérieur de l'enceinte 6 tandis que l'ouverture 44 constitue l'orifice d'évacuation du fluide à analyser de l'enceinte 6 après avoir été mis en contact avec le neurone olfactif 7 et plus exactement avec les dendrites 72 de ce neurone olfactif. Lorsque le système de détection n'est pas utilisé en vue d'analyser un fluide, l'enceinte 6 est remplie avec du milieu de culture spécifique permettant de maintenir en vie le neurone olfactif, les orifices d'entrée 53 et d'évacuation 43 étant alors temporairement obturés, par des moyens appropriés tels que des bouchons. A l'inverse, lorsqu'on souhaite analyser un fluide, ou plus exactement détecter la présence ou non d'une molécule spécifique dans ce fluide, il suffit de remplacer dans l'enceinte 6 le milieu de culture destiné à maintenir en vie le neurone olfactif 7 par le fluide à analyser. Lorsque le fluide à analyser est présent dans l'enceinte 6, le neurone olfactif qui a été choisi pour capter sélectivement une molécule odorante spécifique, fixe alors au moyen de ses dendrites 72 ladite molécule odorante. Cette capture de la molécule odorante spécifique modifie alors la concentration des molécules chargées électriquement, telles que les ions de potassium K+ et les ions de sodium Na+, le long de l'axone 73 du neurone 7 en modifiant ainsi sa résistance électrique intrinsèque. Cette modification de la résistance électrique intrinsèque du neurone olfactif 7 est alors détectée au moyen des deux microélectrodes 81 et 82, ce qui permet à l'unité de traitement 9 d'analyser et d'interpréter les mesures effectuées en vue d'émettre une information sur la présence et la concentration de la molécule odorante spécifique présente dans le fluide analysé. Les électrodes de mesure 82 et de référence 81 étant disposées respectivement à l'intérieur de la membrane plasmique 70 et à la surface de la membrane plasmique 70 de l'axone 73, il est alors possible, à titre d'exemple, de mesurer le courant ionique Na+ qui entre dans la membrane plasmique 70 au travers des canaux à Na+ voltage-dépendants ou le courant ionique K+ qui traverse la membrane plasmique 70 en direction de l'enceinte 6 au travers des canaux à K+ voltage-dépendants. Cette technique électrophysiologique des propriétés des canaux ioniques K+ et Na+ des neurones en général est également connue comme la technique du "patch-clamp". Selon une seconde forme de réalisation de l'invention représentée sur la figure 3, l'unité de mesure 8 comprend une fibre optique d'excitation 83 qui comprend une première extrémité reliée à une source ou des sources lumineuses intégrées dans l'unité de traitement 9 et une deuxième extrémité logée de manière étanche dans une ouverture traversante réalisée sur le couvercle 5. Cette fibre optique 83 d'excitation est destinée à émettre une lumière d'excitation en direction du neurone olfactif 7 et plus exactement au niveau du corps cellulaire 71 pour permettre à la lumière d'excitation d'interagir avec la ou les molécules odorantes piégées dans le neurone olfactif. La lumière d'excitation peut par exemple être choisie pour interagir par phénomène de fluorescence avec les ions Ca2+ libérés par le soma ou corps cellulaire 71 du neurone olfactif 7. Le rayonnement fluorescent ainsi émis depuis le corps cellulaire 71 du neurone olfactif 7 est reçu par une deuxième fibre optique de réception 84 qui renvoie le rayonnement à détecter vers l'unité de traitement 9. Bien entendu, l'unité de traitement 9 et l'alimentation lumineuse peuvent être adaptées suivant le ou les fibres optiques utilisées et les phénomènes à étudier tels que les phénomènes d'absorption, de fluorescence, de résonance, ou de phénomènes interférométriques dépendant du mode de réalisation des fibres optiques 82, 84 de détection. De plus, les extrémités des fibres optiques 83, 84 disposées dans l'ouverture réalisée dans le couvercle 5 peuvent être associées à un système optique 85 permettant la focalisation de la lumière d'excitation sur le neurone olfactif 7 et également l'optimisation de la réception du rayonnement à détecter par la fibre optique de réception 84. A titre d'exemple, la mesure du flux ionique de l'ion Ca2+ est assurée par la quantification de la fluorescence d'une substance telle que la rodamine B. La fluorescence de la rodamine B est bloquée par la concentration de l'ion Ca2+. Comme on peut le voir sur la figure 4 qui représente une troisième forme de réalisation de l'invention, l'enceinte 6 ou plus exactement l'embase 2 peut être pourvue d'une pluralité de supports 3, chaque support 3 étant destiné à recevoir de manière fixe un neurone olfactif distinct permettant éventuellement de détecter chacun une molécule odorante spécifique. Dans ce cas, chaque neurone olfactif fixé sur un support 3 sera associé à une unité de mesure 8 reliée à une unité de traitement 9. Par ailleurs, le système de détection présentant de très faibles dimensions, l'embase 2, l'entretoise 4 et le couvercle 5 peuvent être réalisés à partir d'éléments en silicium conformés par usinage chimique. REVENDICATIONS 1. Système de détection d'au moins une substance chimique du type comprenant un capteur de mesure (7) pour capter sélectivement la substance chimique à détecter, et une unité de mesure (8) associée au capteur de mesure (7) et destinée à être reliée à une unité de traitement (9) pour déterminer ou non la présence de ladite substance chimique à détecter, caractérisé en ce que le capteur de mesure comprend au moins un neurone olfactif (7) choisi pour capter sélectivement la substance chimique à détecter, et en ce que le neurone olfactif (7) est disposé de manière fixe sur un support (3) pour coopérer avec l'unité de mesure (8). 2. Système de détection selon la revendication 1, dans lequel le support (3) est recouvert au moins en partie d'un isolant électrique (10) sur lequel est rapporté de manière fixe le neurone olfactif (7). 3. Système de détection selon la revendication 2, dans lequel l'isolant électrique (10) comprend un polymère (10) adapté pour permettre en outre la fixation du neurone olfactif (7). 4. Système de détection selon la revendication 3, dans lequel le dépôt du polymère (10) sur le support (3) est réalisé par voie électrochimique en plongeant au moins en partie le support (3) et une électrode de référence dans un électrolyte liquide à base d'au moins un sel et d'un solvant, et en amenant le support et l'électrode de référence à un potentiel au moins égal au potentiel d'oxydation dudit solvant. 5. Système de détection selon la revendication 4, dans lequel le solvant est choisi parmi une diamine primaire aliphatique saturée pure, une triamine primaire aliphatique saturée pure, un amino-thiol aliphatique saturé et un dithiol aliphatique saturé. 6. Système de détection selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de mesure (8) comprend au moins une électrode de mesure (82) et une électrode de référence (81) en contact avec le neurone olfactif (7), lesdites électrodes de mesure (81) et de référence (82) étant destinées à être reliées à l'unité de traitement (9). 7. Système de détection selon la revendication 6, dans lequel le neurone olfactif (7) présente un corps cellulaire (71) qui se prolonge, de part et d'autre, par des dendrites (72) et un axone (73) présentant une membrane plasmique (70), et l'électrode de mesure (82) est disposée à l'intérieur de la membrane plasmique (70) de l'axone (73), tandis que l'électrode de référence (81) est disposée au contact de la surface de la membrane plasmique (70) dudit axone (73). 8. Système de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'unité de mesure (8) comprend, d'une part, des moyens d'émission (83) d'une lumière d'excitation en direction du neurone olfactif (7) pour permettre à la lumière d'excitation d'interagir avec la substance chimique à détecter pour produire un rayonnement à détecter, et d'autre part, des moyens de réception (84) pour recevoir le rayonnement à détecter émis par la substance chimique, lesdits moyens de réception (84) étant reliés à l'unité de traitement (9).