Développement d'un biocapteur à application environnementale fabriqué par impression tridimensionnelle

Abstract

Les recherches décrites dans ce mémoire visent la conception d’une nouvelle gamme de biocapteurs analytiques fabriqués par impression tridimensionnelle, permettant de faire facilement la détection de plusieurs composés, tant au niveau environnemental que pharmaceutique. Les biocapteurs se retrouvent parmi les nouvelles technologies d’analyses favorisant une utilisation simple. Certains d’entre eux sont déjà reconnus et utilisés par une grande partie de la population, tels que les glucomètres pour la détermination du taux de sucre dans le sang. Les biocapteurs peuvent être fabriqués par impression tridimensionnelle (3D) de matériaux thermoplastiques en mode dépôt de fil en fusion, FDM « fused deposition modeling ». L’impression 3D est une technique qui évolue rapidement et qui permet d’entrevoir des possibilités pour la fabrication d’une vaste gamme de biocapteurs via une étape de fabrication unique. La fabrication par impression 3D est accessible, peu coûteuse, rapide et peut s’accomplir en une seule étape pour plus d’un matériel à la fois dans un même système, ce qui augmente le potentiel d’application. De plus, ce type de conception offre une grande flexibilité et permet ainsi d’accélérer les développements dans le domaine des biotechnologies. Selon les besoins, la fabrication peut aussi être effectuée sur le site d’analyse, ce qui facilite les campagnes d’échantillonnage. Dans l’objectif de démontrer l’efficacité de l’approche, le développement d’un biocapteur permettant de quantifier les cyanotoxines dans l’eau est entrepris. La contamination par les cyanotoxines est due à la présence des algues bleues dans l’eau. Ceci est problématique dans plusieurs pays, car elles sont toxiques et elles sont un danger potentiel pour la santé publique si elles se retrouvent dans l’eau potable. Il est possible d’effectuer des analyses en laboratoire pour quantifier les cyanobactéries et leurs toxines, toutefois, ces analyses sont longues et coûteuses. Ce dispositif permettra donc une détection directement au plan d’eau contenant des algues bleues. L’utilisation simple et rapide donnera un résultat significatif de la quantité de cyanotoxines présentes. Les résultats de recherche présentés indiquent que l’impression tridimensionnelle de thermoplastiques permet de concevoir des objets sur mesure. En effet, des systèmes fluidiques, c’est-à-dire qui possèdent des canaux, peuvent être fabriqués en fonction des besoins de l’application. Cette technique de fabrication est donc adéquate pour créer des dispositifs pouvant être convertis en biocapteur. La conversion s’effectue en ajoutant des composés biologiques, comme des anticorps par exemple, dans le dispositif. Ce sont ces composées biologiques qui permettront la détection des analytes par l’entremise d’un mécanisme d’interaction significatif avec celui-ci. Dans la présente recherche, la toxine joue le rôle de l’antigène dans l’interaction avec un anticorps spécifique. Il existe plusieurs manières d’intégrer les composés biologiques dans le dispositif. La technique présentée dans ce projet consiste à immobiliser les composés biologiques à l’aide d’un lien covalent à l’intérieur des canaux du dispositif. Ceci permet de fonctionnaliser les thermoplastiques. Le processus de fonctionnalisation est possible lorsque les groupements fonctionnels disponibles du thermoplastique possèdent une réactivité adéquate. Ces groupements doivent permettre la formation d’un lien covalent entre le thermoplastique et le composé biologique. Dans ce projet, la fonctionnalisation étudiée se fera par la formation d’un lien amide entre le thermoplastique et l’anticorps. Des thermoplastiques possédant des motifs polymériques adéquats pour former cette liaison seront présentés. En outre, un autre thermoplastique possédant les groupements appropriés a été synthétisé en laboratoire spécifiquement pour ce projet et celui-ci sera aussi évalué. Grâce aux multiples possibilités pour réaliser la fonctionnalisation des composés biologiques sur des thermoplastiques, le développement d’un biocapteur fabriqué par impression tridimensionnelle est donc réalisable. De plus, de tels biocapteurs peuvent être adaptés pour une application environnementale. Cette approche pourra ensuite être étendue pour des applications variées dans des domaines touchant à la santé et au développement pharmaceutique.