PUCES À ADN ET LABORATOIRES SUR PUCE

De nouveaux outils pour les biologistes

Jusqu'à présent, les réactions biologiques ou biochimiques nécessitent l'utilisation de réacteurs qui peuvent être des tubes à essais ou des plaques (de l'ordre de 8 cm × 12 cm) à puits standardisées (96 ou 384 puits). Ces outils sont couramment utilisés en laboratoires de recherche, d'analyse ou encore en production. Les récupérations ou les additions d'échantillons ou de réactifs se font grâce à l'utilisation de micropipettes manuelles ou d'automates. Les volumes utilisés sont encore importants, de l'ordre du millilitre, et les pipettes permettent de manipuler les fluides jusqu'au microlitre (μl, soit 10^—6 l). Ces opérations sont longues et fastidieuses et nécessitent l'emploi de réactifs souvent coûteux. Avec les labpuces, qui utilisent des microcanaux dont la largeur varie de la dizaine de micromètres à plusieurs centaines de micromètres, les volumes réactionnels sont de l'ordre du nanolitre (10^—9 l) ou du microlitre.

Le principe du labpuce consiste à faire circuler les milieux réactionnels, contenant des réactifs et des échantillons, sur des zones correspondant aux différentes étapes d'une analyse. Cohabitent donc, sur des surfaces de l'ordre de 10 centimètres carrés, des systèmes de transferts de fluides (réservoirs et microcanaux), des systèmes de séparation (électrophorèse capillaire ou chromatographie), des réacteurs biologiques (amplification de l'ADN) ainsi que des modules de détection. L'intégration de tous ces dispositifs miniaturisés sur une puce permet l'automatisation des diverses étapes d'une analyse dans un système unique. Les avantages induits par ces nouvelles technologies portent sur la capacité de travailler avec de faibles quantités d'échantillons ou de réactifs, d'utiliser des systèmes d'analyses automatisés portables et à bas coût, de mettre en parallèle les analyses et de combiner les biotechnologies avec des composants électroniques sur une même puce.

Fabrication des labpuces

Ces dispositifs sont fabriqués dans divers matériaux, chaque matériau présentant avantages et inconvénients en fonction du type d'analyse. Ils peuvent être usinés dans le quartz, le verre, le plastique ou le silicium. Le quartz est intéressant pour mettre en œuvre l'électrophorèse en raison de ses propriétés d'isolant électrique et de transparence aux ultraviolets pour la détection par fluorescence. Les polymères, dont le coût est faible, ont un grand potentiel pour la production de masse. Le silicium bénéficie, quant à lui, de tout l'acquis des technologies dérivées de la microélectronique.

La microfluidique

Une des difficultés majeures de ces microsystèmes est la manipulation des fluides biologiques dans de tels environnements. Faire circuler le fluide dans les microcanaux, contrôler les débits et les vitesses de déplacement des liquides à cette échelle constituent une nouvelle discipline : la microfluidique. Un certain nombre de solutions, plus ou moins attractives, sont étudiées. La plus simple pour faire circuler un fluide consiste à générer une pression extérieure, contrôlée en[...]