Lab on a chip, lab in a cell

Publié le 28 Janvier 2010

Grand moment cette semaine : j’ai fabriqué mon premier microcanal. Oui oui, vous avez bien compris, un canal, comme le canal Saint-Martin, mais qui fait 80 microns de large. Quatre fois le diamètre d’un cheveu, pour vous faire une idée. Pourquoi je suis si contente ? D’une part, parce qu’on peut faire des tas de choses avec des microcanaux. De l’autre, parce que fabriquer des micro-objets, c’est un peu technique, et comme je n’ai pas beaucoup d’expérience dans le domaine des manips propres, je suis fière de mon résultat. Mais laissez-moi vous raconter en détail …

  LabChip



La course à la miniaturisation et le « lab on a chip »

 

Souvenez-vous, il n’y a pas si longtemps, de votre baladeur cassette, de votre ordinateur énorme et de sa toute petite mémoire, des disquettes qui ont précédé les clés USB … Tous ces progrès sont dûs au fait qu’en quelques années, les composants électroniques se sont miniaturisés. Les techniques de gravure des semi-conducteurs, notamment le silicium, se sont améliorées, permettant de créer sur une même surface des circuits plus complexes.

 

Pourquoi se limiter aux composants solides ? Dans le même esprit, des chercheurs ont aussi imaginé de miniaturiser des réseaux de canaux. Leur but : créer un « laboratoire sur puce », c’est-à-dire un système de petite taille dans lequel on pourrait faire réagir des produits chimiques, mélanger ou au contraire séparer des espèces. Comme pour les composants électroniques, l’intérêt est double. D’abord, la miniaturisation des expériences en elle-même permet de diminuer considérablement les quantités de liquide nécessaire à une expérience. Considérons l’exemple d’une puce capable de détecter la présence d’une substance chimique dans le sang : non seulement elle n’a besoin pour fonctionner que d’une goutte de sang (ce qui est confortable pour le patient à qui on évite le prélèvement d’un tube entier), mais elle permet aussi d’économiser le réactif. Ensuite, une fois qu’un test est miniaturisé, qu’il est rapide et économe en matières premières, il peut être mis en parallèle. Et on peut donc imaginer des systèmes de canaux bien plus complexes où des centaines de réactions se produisent simultanément. Enfin, la microfluidique permet d’étudier des phénomènes qui ne se produisent qu’aux petites échelles, ou même d’observer une par une des molécules comme l’ADN.

 

La microfabrication pour les nuls

 

Graver des canaux dans du silicium ou dans du verre, c’est compliqué. Mais grâce à la lithographie douce, on sait fabriquer des microcanaux en grande quantité et à moindre coût. Le principe : au lieu de graver, on imprime le motif du canal en négatif sur une pastille de silicium, et on le moule avec un polymère (polydiméthylsiloxane de son petit nom, PDMS pour les intimes, silicone pour le grand public qui le connaît, gélifié, sous forme de prothèses mammaires). En une demi-journée, on obtient un joli canal transparent et le moule peut être réutilisé à volonté.

 

En quelques années, de nombreux laboratoires se sont dotés d’équipements pour cette technique et le nombre de publications en microfluidique a explosé. Certaines équipes de physiciens étudient encore les écoulements en eux-mêmes pour les phénomènes spécifiques aux petites échelles qui s’y produisent ; mais surtout la microfluidique est devenue un outil omniprésent pour de nombreux autres laboratoires, qui s’en servent pour fabriquer des mousses ou des émulsions, pour trier des particules en suspension dans un liquide ou pour mesurer les propriétés de certaines espèces en solution.

 

Biologie synthétique : la puce dans la cellule ?

 

Pendant que mon canal cuisait à l’étuve, j’ai lu un article – pour les abonnés, Nature 463 288-290 (2010) - qui parlait de biologie synthétique. C’est le nom qu’on donne à l’activité qui consiste à modifier le génôme d’êtres vivants (en général, des bactéries) en leur greffant des gènes qui les programment pour effectuer des tâches bien définies. Du point de vue de l’ingénieur, l’idée est donc de fabriquer des machines à partir de cellules vivantes. Le biologiste y voit lui la possibilité de construire des systèmes modèles permettant de diminuer la complexité des cellules naturelles et de comprendre le rôle de certains de leurs composants. Une nouvelle technologie, permettant de fabriquer des systèmes miniaturisés, de nouveaux défis scientifiques liés à la taille des systèmes (et à leur caractère vivant, cette fois-ci) ? Tout ça me rappelle quelque chose …

 

Pourtant, pour résumer, l’article de Nature disait « c’est bien beau tout ça, mais les gènes utilisés ne sont pas bien caractérisés, et puis le vivant c’est complexe, aléatoire, et puis il va falloir beaucoup trop de temps pour trouver les bons systèmes et obtenir des résultats reproductibles ». En gros, que la biologie synthétique, c’est bon pour distraire les étudiants (le MIT organise depuis 2004 le concours étudiant iGEM, qui a donné lieu à de nombreuses réalisations en biologie synthétique) mais ce n’est pas très sérieux. On en reparle dans 10 ans ?

Rédigé par Algue

Publié dans #physique

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