Un outil flexible et peu coûteux pour réaliser des biopuces et fonctionnaliser des biocapteurs
Un microsystème de dépôt de gouttes, fabriqué par impression 3D par deux équipes du Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes, permet la réalisation de puces à ADN et à protéines, mais aussi de fibres optiques fonctionnalisées et de biocapteurs. Ces résultats sont publiés dans la revue Microsystems & Nanoengineering.
Les biocapteurs et les puces à ADN ou protéines, utilisés pour analyser des molécules biologiques, ont leur surface fonctionnalisée par des motifs de biomolécules de taille micrométrique. L'une des techniques pour réaliser cette fonctionnalisation consiste à déposer des microgouttes sur la surface. C'est cette voie qu'a exploré une équipe du Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS-CNRS), en développant il y a quelques années un microsystème de dépôt de microgouttes, fabriqué en silicium à l’aide des techniques standards utilisées en électronique. Mais la fabrication en salle blanche est longue, coûteuse, et peu flexible – changer la taille ou la géométrie du dispositif implique de modifier le procédé.
Les scientifiques du LAAS proposent maintenant de fabriquer, en moins d'une heure, le même dispositif par impression 3D d'un polymère. Le procédé repose sur une approche de stéréo-lithographie multi-résolution permettant d’atteindre des résolutions micrométriques. Directement inspiré du microsystème en silicium, le dispositif imprimé en 3D est constitué d'un micro-levier de 2 mm de long et 500 microns de large, qui intègre un canal microfluidique. Ce dernier est rempli de liquide par simple immersion dans un réservoir. Les microgouttes sont ensuite déposées par contact avec la surface à fonctionnaliser, comme l'encre d'un stylo sur une feuille de papier. Le dispositif peut ainsi déposer jusqu'à 200 microgouttes de diamètre compris entre 50 et 300 microns, à la vitesse maximale de 2 gouttes par seconde. À titre de démonstration, des puces à ADN et à protéines ont été réalisées, avec un niveau de performances équivalent à celui du microsystème de dépôt en silicium. Le microsystème en polymère peut également fonctionnaliser des surfaces fragiles sans risque de les endommager. Ainsi, il est notamment utilisé par des chercheurs du CEA de Grenoble pour fonctionnaliser l’extrémité de fibres optiques nano-structurées, ou encore dans un laboratoire de l'Académia Sinica à Taïwan, pour la réalisation de biocapteurs nanofluidiques.
Un autre avantage du dispositif en polymère imprimé en 3D est de pouvoir être facilement adapté à l'application visée. Ainsi, des dispositifs intégrant plusieurs micro-leviers de dépôt de gouttes en parallèle sont en développement, afin de déposer différentes protéines en une seule opération.
Bas : Images d’un réseau de gouttes déposé sur une lame de verre dorée et de la fonctionnalisation de l’extrémité d’une fibre optique à l’aide du microsystème.
© LAAS-CNRS
Références
Rapid prototyping of a polymer MEMS droplet dispenser by laser-assisted 3D printing
R. Courson, O. Bratash, A. Maziz, C. Desmet, R. Alvarado Meza, L. Leroy, E. Engel, A. Buhot, L. Malaquin, and T. Leïchlé.
Microsystems & Nanoengineering, juillet 2023
https://doi.org/10.1038/s41378-023-00559-3