Le MIPT développe des biocapteurs à l’oxyde de graphène

Les domaines d’application sont la recherche pharmaceutique, le diagnostic médical, les contrôles de qualité sanitaire de la nourriture et la détection de toxines.

La résonance des plasmons de surface (SPR) est une méthode de biodétection aujourd’hui largement utilisé dans la recherche scientifique des domaines précédemment cités. Elle sert à mesurer la « force » de la liaison entre un ligand et un récepteur à la surface d’un métal. Cette méthode se caractérise par l’absence de marquage (fluorescent, radioactif…etc.), qui pourraient venir perturber la mesure. Toutefois, le système n’est pas très réactif lorsqu’il est en présence de petites molécules à de faibles concentrations. Afin d’améliorer ces performances, les scientifiques ont proposés de nombreuses structures optiques de même que différentes techniques d’immobilisation.

L’une des dernières innovations en date : le graphène et l’oxyde de graphène (GO), dont l’utilisation dans les biocapteurs SPR est très prometteuse en raison de leur faible coût et de leur grande surface de contact. Contrairement au graphène, le GO est miscible dans l’eau et se prête plus à la production de masse. De plus, sa structure peut être changée en utilisant des méthodes de réduction thermiques, chimiques ou solvothermique, ce qui le rend d’autant plus adéquate pour des biocapteurs optiques car cela rend les propriétés électroniques et optiques du GO modifiables à souhait.

Biocapteur SPR avec la couche d’oxyde de graphène

Au niveau expérimental, des tests de biodétection basés sur une couche de streptavidine (une protéine) ont montrés que les interactions non spécifiques ont pu être réduites par un facteur 25 sur des capteurs au GO. La réactivité observée est également 3,7 fois plus importante que celle enregistré pour un capteur commercial au carboxymethyl dextran.

Pour les chercheurs russes, ces résultats démontrent les nombreuses possibilités et perspectives offertes par l’utilisation du GO pour les applications de biodétection optiques. En plus de sa sensibilité accrue par rapport à des dispositifs déjà commercialisés visant au même but, ce nouveau capteur possède l’avantage d’être réutilisable, ce qui réduit considérablement son coût à l’utilisation. Celui-ci n’ayant été testé qu’avec de l’acide nucléique, la prochaine étape est maintenant de valider son utilisation dans d’autres configurations (réactions impliquant par exemple des antigènes, anticorps, virus, cellules…etc.).

Biocapteurs développés par le MIPT

Présentation du dispositif par le MIPT au Forum Open Innovation 2015 de Moscou

Suite à ces découvertes, le MIPT a déposé une demande de brevet à l’Office des brevets et des marques des Etats Unis d’Amérique intitulé Biocapteurs et méthode de production de biocapteurs. De tels dispositifs pourraient être commercialisés sous la forme d’un bio détecteur (composé des systèmes optiques, micro fluidiques et électronique) dans lequel viendraient se loger des cartouches jetables (le substrat, la couche d’or et une couche liante pour l’adsorption des biomolécules).

L’Institut de physique et de technologie de Moscou confirme donc son expertise dans ce domaine. En 2010, Andre Geim et Konstantin Novoselov, deux anciens étudiants du MIPT, avaient reçu le prix Nobel de physique en reconnaissance de leurs travaux sur les matériaux bidimensionnels en graphène.

Rédacteur : Gautier Lamoine – gautier.lamoine[at]diplomatie.gouv.fr

Sources : 1. Publication scientifique sur le site de ACS Applied Materials & Interfaces : Highly Sensitive and Selective Sensor Chips with Graphene-Oxide Linking - Yury V. Stebunov, Olga A. Aftenieva, Aleksey V. Arsenin, and Valentyn S. Volkov ; 2. Site du MIPT