Biocapteurs et nanobiotechnologie - Activités de recherche

Capteurs/nanobiocapteurs basés sur la détection électrochimique

Capteurs/nanobiocapteurs par impédance et détection optique

Capteurs/Nanocapteurs par impédance électrique de substrats cellulaires

Capteurs/nanobiocapteurs basés sur la détection électrochimique

Personne ressource : Sabahudin Hrapovic
Tél. : (514) 496-2652
Courriel : sabahudin.hrapovic@cnrc-nrc.gc.ca

De nombreux composés biologiques ont des propriétés électriques. En raison de sa sensibilité élevée, la détection électrochimique s'est imposée depuis plusieurs années, comme une solution de rechange à la détection par fluorescence pour l'analyse et pour le monitorage des éléments traces. Les capteurs peuvent être fabriqués sur mesure, afin de viser des cibles spécifiques et de répondre ainsi aux besoins des industries de l'environnement, de la santé et de l'alimentation. La détection électrochimique exploite la puissance de la nanotechnologie ainsi que les propriétés du métal choisi pour recouvrir la surface des électrodes. Ce projet a permis d'élaborer des capteurs destinés à la détection de polluants environnementaux tels que les hydrocarbures polycycliques aromatiques (HPA), les chlorophénols, les explosifs et les métaux lourds. Chaque capteur a besoin d'une électrode recouverte d'un métal spécifique. Les capteurs électrochimiques, destinés à détecter les HPA, utilisent des électrodes de diamant dopé tandis que les nanocapteurs destinés à détecter d'autres types d'hydrocarbures, des neurotransmetteurs ou le glucose utilisent respectivement l'adhésion de nanoparticules de cuivre, d'or et de platine aux surfaces d'électrodes de carbone vitreux. Le couplage de la technologie des nanoparticules et des nanotubes de carbone a permis d'améliorer encore davantage la sensibilité des biocapteurs. Un capteur à écoulement continu a ainsi été conçu pour la détection de l'arséniate (sel ou ester de l'acide arsénique); le dépôt de nanoparticules d'or à la surface d'électrodes de carbone vitreux y est utilisé. Cette augmentation de la surface utile des nanomatériaux devrait permettre d'améliorer la sensibilité de ces capteurs.

Capteurs/nanobiocapteurs par impédance et détection optique

Personne ressource : Chen-Zhong Li
Tél. : (514) 496-2652
Courriel : chenzhong.li@cnrc-nrc.gc.ca

Cette activité de recherche vise à élaborer des capteurs/nanocapteurs basés sur l'impédance ou sur la reconnaissance optique pour la détection d'événements d'hybridation de l'ADN. L'hybridation de l'ADN est un outil important visant à détecter des séquences nucléotidiques spécifiques et à déterminer l'expression d'un gène donné par une cellule. Dans le cadre de ses travaux sur l'impédance et sur la détection optique, le groupe s'intéresse principalement au développement d'outils pour le monitorage environnemental et pour le criblage des drogues. Le groupe Biocapteurs et nanobiotechnologie a ainsi développé une nouvelle approche de biodétection qui utilise la spectroscopie par impédance en vue d'observer les interactions à l'interface entre des sondes d'ADN immobilisées et des drogues se liant spécifiquement à une séquence d'ADN. Les mesures d'impédance étaient basées sur la cinétique de transfert de charge du couple redox [Fe(CN)6] -3/-4. La sensibilité du biocapteur a été améliorée de façon significative par le dépôt électrochimique de nanoparticules recouvertes d'or sur la surface d'or - les nanoparticules d'or revêtues d'ADN ont permis d'augmenter la quantité de sondes ADN à la surface du capteur et de donner une orientation concentrique à la couche monomoléculaire auto-assemblée d'ADN. Un capteur optique a été élaboré grâce aux propriétés de fluorescence sous excitation des nanotubes d'or préparés selon une approche électrochimique et chimique combinée. La haute efficacité de coupage (quenching) de la fluorescence de nanotubes d'or fonctionnalisés par des oligonucléotides a été étendue à la détection des événements d'hybridation de l'ADN.

Capteurs/Nanocapteurs par impédance électrique de substrats cellulaires

Personne ressource : Keith Male
Tél. : (514) 496-6375
Courriel : keith.male@cnrc-nrc.gc.ca

Cette activité de recherche a pour objectif d'utiliser la détection par impédance électrique de substrats cellulaires (IECS) afin de développer des capteurs/nanobiocapteurs dans les secteurs de l'environnement, de l'alimentation, de la santé et de la défense. Cette technologie permet le monitorage en temps réel de cellules vivantes in situ. Il est ainsi possible, en recouvrant des électrodes d'or de cellules vivantes, de procéder au monitorage des phénomènes cellulaires tout au long du processus d'exposition à des substances spécifiques c'est-à-dire de l'étape d'attachement jusqu'à la mort cellulaire. Le groupe Biocapteurs et nanobiotechnologie a entrepris des études de cytotoxicité pour des substances telles que le chlorure de mercure et le chlorure de cadmium (métaux lourds), l'arséniate de sodium (pesticide) et le 1,3,5,-trinitrobenzène (produit chimique utilisé dans la fabrication d'explosifs ayant des effets indésirables sur la santé et contaminant parfois des sources d'eau). Ces études utilisent des cellules d'insectes ou de mammifères liées, respectivement, à des électrodes d'or recouvertes de concanavaline A ou de fibronectine. La technologie de reconnaissance IECS a également été développée afin de détecter des cellules microbiennes avec une grande sensibilité, ce qui permet la surveillance de pathogènes dans l'eau, dans les aliments et dans les fluides biologiques. Le groupe a amélioré la sensibilité du système de détection par IECS en utilisant des nanomatériaux ainsi que des médiateurs redox; il a ainsi réduit la limite de détection, après dix à douze heures, à cinq cellules/mL. L'utilisation de diverses molécules de biocaptage, telles que des anticorps et des phages, a permis la reconnaissance d'organismes cibles avec une grande spécificité. En outre, le groupe a développé des techniques de reconnaissance par IECS pour la détection rapide d'agents biologiques de guerre, comme les virus et les bactéries, ainsi que des mesures de protection contre ces agents.

Information pertinente

Instituts:

• Institut de recherche en biotechnologie du CNRC