Transistors multimodaux sensibles aux ions à polymères ambivalents pour biocapteurs hybrides – MULTISPOT

Les activités électriques (flux ioniques par canaux spécifiques de la membrane cellulaire) forment la base d'événements clés comme l'activité cérébrale, le cœur qui bat ou la sécrétion d'hormones. La génération de nouveaux matériaux tels que des capteurs pour connecter les systèmes biologiques est très attractive (traitement rapide de signaux cellulaires, grande spécificité et meilleure sensibilité). Le développement de véritables puces électroniques humaines pourrait notamment fournir des solutions uniques pour le criblage de médicaments et le diagnostic sur le patient des cellules souches. Toutefois, la croissance du marché global des puces électroniques est freinée par l'absence de véritables sondes capables de capturer des signaux natifs sur de petits volumes. L'électrophysiologie pourrait fournir une solution très intéressante. Cependant, tandis que l'imagerie a connu une révolution, l'électrophysiologie ne s'est pas développée au même niveau.
L'électronique organique flexible est particulièrement adaptée pour une connexion avec les cellules et les tissus humains tel que le transistor électrochimique organique (OECT). Leur conductivité électronique/ionique permet des enregistrements électriques plus riches et une amplification de signaux locaux qui montrent un excellent ratio signal sur bruit. Ceci devrait permettre leur utilisation non seulement pour des cellules neuronales ou cardiaques, mais aussi avec d'autres cellules excitables montrant des signaux de faible amplitude (e.g. îlots de cellules b, cellules vasculaires, etc.).
Rendre les OECTs spécifiques à différents ions améliorerait grandement le pouvoir analytique comme ce fut le cas avec plusieurs protéines fluorescentes dans le cas de l'imagerie. Actuellement, les électrodes sélectives vis-à-vis des ions se présentent sous la forme de membranes sélectives associées à des polymères conducteurs. Il n'existe pas un matériau à la fois transducteur électronique et sensible aux ions qui permettrait d'améliorer la spécificité, les seuils de détection et d'atteindre des grandes surfaces par impression.
Sur la base de résultats préliminaires, nous proposons donc: (i) de développer des polymères multifonctionnels nanostructurés ou non et sensibles aux cations métalliques, (ii) de concevoir des dispositifs de matrices de transistors électrochimiques organiques (OECT) jetables et non-invasifs pour la détection d'activités électriques cellulaires et de flux ioniques spécifiques, (iii) de démontrer leur potentiel dans l'enregistrement multimodal de micro-organes pour leur activité électrique cellulaire et les flux ioniques spécifiques.
Pour mener à bien ce projet, nous avons réuni 4 partenaires universitaires qui ont en partie déjà collaboré précédemment et ont des expertises en chimie des polymères organiques électroactifs, en nanostructuration, en biophysique, en intégration en dispositifs OECTs ou en électrophysiologie, ainsi que 2 partenaires industriels/de transfert avec une expertise reconnue en valorisation, montée en échelle ou en électronique organique imprimée.
Le projet MULTISPOT comprend trois lots principaux de travaux : synthèse de polymères spécifiques, intégration dans des dispositifs, enregistrement de micro-organes. Des polymères conducteurs sensibles aux cations K+, Na+ et Zn2+ seront d'abord synthétisés, puis nanostructurés et/ou imprimés. Un enregistrement sera réalisé sur des îlots de cellules b comme exemples de substrats biologiques appropriés. Les partenaires industriels seront entièrement associés à l'avancement du projet notamment lors de la montée en échelle des procédures, l'intégration et le transfert. Les nouveaux polymères (brevetables) et le dispositif proposés poseront les bases d'une industrie nouvelle pour évaluer les flux ioniques cellulaires. La technologie développée sera d'un intérêt considérable pour l'amélioration de biocapteurs alliant la puissance analytique multi-paramètre et la sensibilité de cellules/micro-organes biologiques.