MultiBioCapteur intégrant des détecteurs optiques de fluorescence et des cellules électrochimiques sur une plateforme microfluidique pour l'analyse couplée de la pollution de l’eau. – DOLFIN

Le but de ce projet consiste à développer une plateforme portable et sensible dédiée à la détection de la pollution de l’eau pour des diagnostics rapides. Ce travail sera concentré sur les aspects suivants : détection et analyse de plusieurs analytes sur une seule plateforme, et miniaturisation pour utilisation sur site. Pour atteindre ces objectifs, une puce constituée de microsystèmes électrochimiques (microcellules électrochimiques à trois électrodes) et optiques (diodes électroluminescentes organiques OLEDs et photodiodes organiques OPDs) intégrés est proposée. Afin d’augmenter la sensibilité et la sélectivité du système, la détection sera basée sur l’utilisation d’algues ou de cyanobactéries comme biocapteur. En effet, les algues sont des biocapteurs naturels, car elles intègrent les effets biologiques de leur environnement et répondent par des changements métaboliques qui sont représentatifs des effets toxiques potentiels. Ainsi, l’analyse de la réponse des algues en temps réel grâce à des microcapteurs permettra de détecter la présence d’éventuels polluants. Par ailleurs, l’association de microcapteurs de différents types - optiques, chimiques, électrochimiques ou autres - apportant pour chaque type de capteur des informations complémentaires, améliorera l’efficacité du système. Plus en détails, le circuit microfluidique réalisé en microtechnologie polymère et composé de plusieurs cellules d’analyse conduira à la détection en parallèle de polluants différents.

En ce qui concerne la partie optique, des OLEDs intégrées au substrat seront associées aux cuves utilisées pour la détection, les photodiodes et les cellules électrochimiques seront quant à elles intégrées dans la partie supérieure du microsystème. Les OLED optimisées, couplées à des filtres, proposeront des longueurs d’onde d’émission adaptées aux spécificités visées de l’algue. Après absorption, la mesure de fluorescence de l’algue sera effectuée par l’OPD optimisée pour une détection ciblée.

Les cellules électrochimiques seront composées de trois électrodes intégrées (référence en Ag/AgCl/Cl-, contre-électrode en Pt et électrode de travail à façon (Au, Pt, IrO2, WO3, …) selon l’élément à détecter : oxygène dissout O2, peroxyde d’hydrogène H2O2, pH, autres molécules d’intérêt, …) dans le capot supérieur de la structure fluidique. Les signaux seront alors traités par réseau de neurones pour analyse et comparés entre eux.
Ce projet constitue une approche pluridisciplinaire faisant appel à la chimie, la physique, la biologie, l’ingénierie des microsystèmes dans le but de fournir un microsystème complet et miniaturisé pour la détection de polluants.

L’association de la multi-détection utilisant plusieurs espèces différentes d’algues ou de cyanobactéries permet d’une part d’augmenter la fiabilité du test sur le plan qualitatif et ce, en augmentant la liste de polluants détectés, et d’autre part d’obtenir un test sélectif sur les catégories de polluant présents dans l’eau. En effet, chaque espèce d’algue possède une morphologie et une physiologie propre et donc leur sensibilité aux polluants diffère. Une analyse approfondie des polluants présents sera effectuée dans un second temps en laboratoire, cette approche permettant une diminution significative des coûts d’analyse de l’eau, car seuls les échantillons toxiques seront analysés de façon complète par des laboratoires spécialisés.