Qu’est-ce qu’un biocapteur ?
Les biocapteurs sont des capteurs capables de détecter spécifiquement une substance cible à l’aide d’une réaction biologique.
Les matériaux utilisés dans ceux-ci sont classés en trois groupes : le groupe des biocatalyseurs, composé d’enzymes, le groupe des biocompatibilités, qui comprend les anticorps et les acides nucléiques, et le groupe des micro-organismes, qui comprend les micro-organismes. La capacité de discrimination moléculaire de ces matériaux biocatalytiques permet de détecter spécifiquement la substance cible.
Le développement des biocapteurs nécessite une recherche interdisciplinaire en chimie, biologie et ingénierie. Des utilisations sont attendues dans un large éventail de domaines, notamment les sciences médicales et pharmaceutiques, l’analyse des aliments et la recherche environnementale.
Principe des biocapteurs
Les biocapteurs se composent principalement d’un biorécepteur, d’une couche d’immobilisation et d’un transducteur.
1. Biorécepteur
Un biorécepteur est une substance biologique utilisée pour détecter une substance cible. Ce sont des substances biologiques qui reconnaissent sélectivement la molécule cible, permettant ainsi la détection spécifique de la seule substance cible. Les biomatériaux tels que les enzymes, les anticorps, les cellules, les aptamères et les acides nucléiques sont utilisés comme biorécepteurs.
2. Couche d’immobilisation
Une couche d’immobilisation est une couche dans laquelle la substance biologique utilisée comme biorécepteur est immobilisée sur le transducteur sans perte de fonction.
En général, l’immobilisation de biomatériaux par une méthode forte entraîne souvent une perte de fonction et d’activité. En revanche, l’affaiblissement de l’immobilisation pour maintenir la fonction et l’activité entraîne quant à lui le détachement des biomatériaux et une réduction des performances de détection. Divers travaux de recherche et de développement sont menés pour résoudre ce problème. Par conséquent, des méthodes utilisant des matrices à base de membranes poreuses et de polymères, ainsi que des méthodes d’immobilisation telles que la physisorption et les méthodes de réticulation sont utilisées.
3. Transducteurs
Le transducteur est la partie qui convertit la réponse du biorécepteur en un signal mesurable. Les deux principaux types de signaux mesurables utilisés sont les signaux optiques et électrochimiques. Le traitement des signaux obtenus permet de calculer la quantité et la concentration de la substance d’intérêt.
Utilisations des biocapteurs
Les biocapteurs sont produits à partir de substances biologiques et sont donc relativement sensibles. Ils sont utilisés dans divers domaines autres que la médecine, tels que l’alimentation et l’environnement, car ils se caractérisent généralement par des dispositifs de mesure peu coûteux, compacts et faciles à utiliser.
Les techniques conventionnelles d’expérimentation chimique et de spectroscopie sont précises mais nécessitent une préparation compliquée de l’échantillon. Ils présentent des inconvénients tels que la détection de signaux autres que la substance cible.
Un autre de ses inconvénients est que les mesures doivent être effectuées dans une pièce stable. De ce fait, les échantillons collectés lors d’enquêtes sur le terrain doivent être ramenés à la l’entreprise une fois qu’ils ont été collectés. De plus, il faut du temps avant que les résultats ne soient rendus.
Les biocapteurs devraient être utilisés dans un grand nombre de domaines, car ce sont des appareils de mesure peu coûteux, faciles à utiliser et qui fournissent des résultats en peu de temps.
Dans le domaine de la médecine en particulier, la mise en place de biocapteurs progresse rapidement. Par exemple, ceux de glucose font cliniquement partie du diagnostic du diabète, où les niveaux de glucose dans le sang doivent être contrôlés avec précision.
Autres informations sur les biocapteurs
Utilisations médicales potentielles des biocapteurs
L’utilisation la plus prometteuse des biocapteurs se situe dans le domaine médical. Ils peuvent en effet y être utilisés pour surveiller l’état de santé d’une personne à des fins de traitement et de gestion de la santé.
- Mesure de la glycémie
En cas de diabète, la glycémie est habituellement mesurée à l’aide d’un simple lecteur de glycémie. Toutefois, des dispositifs portables peuvent servir à mesurer la glycémie sans prélèvement de sang. Différents formats, y compris des lentilles de contact et des dispositifs de type montre, font l’objet de recherches et leur manipulation suscite de grands espoirs. - Diagnostic des maladies
Un certain nombre de capteurs ont été mis au point pour diagnostiquer des maladies qui nécessitaient auparavant divers tests, en utilisant uniquement des tests simples tels que des analyses d’urine. Il s’agit par exemple des tests antigène-anticorps qui utilisent les réactions immunitaires pour mesurer les protéines et les virus liés à la maladie. Des recherches sont actuellement menées sur des méthodes de mesure plus sensibles et quantitatives, ainsi que sur des méthodes permettant de diagnostiquer plusieurs maladies à l’aide d’un même biocapteur. - Sciences pharmaceutiques
L’utilisation des biocapteurs fait également l’objet de recherches dans le domaine de la pharmacologie. Les systèmes d’administration de médicaments (DDS), qui libèrent la dose requise d’un médicament à l’endroit voulu dans le corps humain, devraient constituer la prochaine génération de médicaments. À proprement parler, ils ne font pas partie des biocapteurs car ils n’utilisent pas de transducteurs, mais au lieu de générer un signal, ils libèrent le médicament qu’ils contiennent.Les DDS qui utilisent des biorécepteurs peuvent libérer des médicaments uniquement à l’endroit souhaité, en utilisant la réponse immunitaire humaine et d’autres facteurs. Cela permet de traiter des maladies qui nécessitent une intervention chirurgicale ou des maladies telles que le cancer qui sont difficiles à guérir par la chirurgie, soit en buvant, soit en injectant un médicament.
On s’attend à ce que l’acquisition et l’utilisation d’informations biochimiques de cette manière soient utiles pour la médecine et les soins de santé à grande échelle à l’avenir.