CE42 - Capteurs, instrumentation

Des OBPs pour un Nez optoelectronique biomimetique – OBP-optinose

OBP-optinose

Des OBPs pour un Nez Optoelectronique Biomimetique

Développement de nouveaux matériaux sensibles pour améliorer significativement les performances des nez électroniques

Il existe aujourd'hui une demande croissante pour la détection sensible et sélective de composés organiques volatils (COVs) dans de nombreux domaines tels que la surveillance de l'environnement, la sécurité publique, le contrôle qualité ou les diagnostics médicaux non invasifs. Les méthodes traditionnellement employées, bien que précises et fiables, nécessitent des équipements coûteux et sont souvent longues et laborieuses. En comparaison, les nez électroniques (eNs) apparaissent comme une alternative prometteuse pour l'analyse des COVs. Cependant, les performances des dispositifs existant à ce jour sont encore largement inférieures à celles du nez humain, en grande partie à cause d’un choix d’éléments sensibles limité.<br />Nous proposons donc de développer un nouveau nez optoélectronique biomimétique dans le but d'améliorer considérablement la sensibilité, la sélectivité et la spécificité des eN.

Nous proposons de concevoir et produire de nouveaux matériaux sensibles en nous inspirant du nez humain, pour combiner les avantages de la reconnaissance spécifique et de la réactivité croisée.
Des odorant binding proteins (OBP) «sauvages« seront employées comme matériaux sensibles « à large spectre de liaison », présentant une réactivité croisée aux COVs. De plus, nous concevrons un ensemble d'OBP à haute spécificité pour certains COVs cibles ainsi que des alternatives plus stables en nous appuyant sur des outils de modélisation moléculaire et d’ingénierie des protéines. Toutes les OBP, à large spectre et spécifiques, seront intégrées sur la même puce qui sera adaptée au dispositif portable NeOse développé par Aryballe Technologies.

Avec l'aide de l'amarrage moléculaire, 6 protéines OBPs spécifiques ont été conçues. Elles ont été produites avec succès en plus de 7 autres protéines OBP à réactivité croisée dans ce projet. Toutes ont été immobilisées sur la puce pour le développement du nouveau eN. La fabrication de la puce OBP a été optimisée et une procédure reproductible a été établie. Un effort particulier a été effectué pour étudier l'effet de l'humidité sur les performances de l'eN obtenu. Il a été constaté que l'humidité est essentielle pour conserver les activités des OBPs. L'eN obtenu a une très bonne sensibilité et sélectivité pour les COV cibles. Après avoir intégré la puce OBP dans le SPRi NeOse miniaturisé, l'eN portable a conservé ces performances.

Le nouveau eN sera complémentaire de l'approche générique adoptée actuellement par Aryballe. Il permettra à l'entreprise de renforcer les applications actuelles et surtout de cibler de nouveaux marchés comme la détection de la pollution olfactive, déjà identifiée par Aryballe comme l'un des marchés les plus attractifs.

1. Bio-Inspired Strategies for Improving the Selectivity and Sensitivity of Artificial Noses: A Review, C. Hurot, N. Scaramozzino, A. Buhot, Y. Hou, Sensors, 2020, 20, 1803.
2. Bacterial expression and purification of vertebrate odorant-binding proteins, Marine Brulé, Margot Glaz, Christine Belloir, Nicolas Poirier, Lucie Moitrier, Fabrice Neiers, Loïc Briand, Methods in Enzymology, 2020, 642, 125.
3. Ligand binding properties of odorant-binding protein OBP5 from Mus musculus, L. Moitrier, C. Belloir, M. Lalis, Y. Hou, J. Topin, L. Briand, Biology, 2023, 12, 2.
4. An Overview of Olfactory Sensors and Electronic Noses Based on Surface Plasmon Resonance for Analysis of Volatile Organic Compounds, M. El kazzy, J. S. Weerakkody, C. Hurot, R. Mathey, A. Buhot, N. Scaramozzino and Y. Hou, Biosensors, 2021, 11(8), 244.
5. Biomimetic olfactory biosensors and bioelectronic noses, M. El Kazzy, C. Hurot, Jonathan S. Weerakkody, A. Buhot, Y. Hou, Advances in Biosensors: Reviews, Book Series, Vol. 3, 2020, Chapter 1, 15-63.
6. Odorant binding protein-based optoelectronic nose: Hydration and protein activity, M. El kazzy, C. Hurot, A. Buhot, L. Moitrier, C. Belloir, L. Briand, Y. Hou, 2022 IEEE International Symposium on Olfaction and Electronic Nose (ISOEN), page 1-3. (DOI: 10.1109/ISOEN54820.2022.9789645)

Il existe aujourd'hui une demande croissante pour la détection sensible et sélective de composés organiques volatils (COVs) dans de nombreux domaines tels que la surveillance de l'environnement, la sécurité publique, le contrôle qualité ou les diagnostics médicaux non invasifs. Les méthodes traditionnellement employées, bien que précises et fiables, nécessitent des équipements coûteux et sont souvent longues et laborieuses. En comparaison, les nez électroniques (eNs) apparaissent comme une alternative prometteuse pour l'analyse des COVs. Cependant, les performances des dispositifs existant à ce jour sont encore largement inférieures à celles du nez humain, en grande partie à cause d’un choix d’éléments sensibles limité.
Nous proposons donc de développer un nouveau nez optoélectronique biomimétique dans le but d'améliorer considérablement la sensibilité, la sélectivité et la spécificité des eN. Pour cela, nous proposons de concevoir et produire de nouveaux matériaux sensibles en nous inspirant du nez humain, pour combiner les avantages de la reconnaissance spécifique et de la réactivité croisée.
Des odorant binding proteins (OBP) "sauvages" seront employées comme matériaux sensibles « à large spectre de liaison », présentant une réactivité croisée aux COVs. De plus, nous concevrons un ensemble d'OBP à haute spécificité pour certains COVs cibles ainsi que des alternatives plus stables en nous appuyant sur des outils de modélisation moléculaire et d’ingénierie des protéines. Toutes les OBP, à large spectre et spécifiques, seront intégrées sur la même puce qui sera adaptée au dispositif portable NeOse développé par Aryballe Technologies. Un tel eN sera complémentaire de l'approche générique adoptée actuellement par Aryballe. Il permettra à l'entreprise de renforcer les applications actuelles et surtout de cibler de nouveaux marchés comme la détection de la pollution olfactive, déjà identifiée par Aryballe comme l'un des marchés les plus attractifs.

Coordinateur du projet

Madame Yanxia HOU-BROUTIN (Systèmes Moléculaires et nano Matériaux pour l'Energie et la Santé)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ARYBALLE TECHNOLOGIES
CSGA CENTRE DES SCIENCES DU GOUT ET DE L'ALIMENTATION
SyMMES Systèmes Moléculaires et nano Matériaux pour l'Energie et la Santé
UNS - ICN Université Nice Sophia Antipolis - Institut de Chimie de Nice

Aide de l'ANR 460 612 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2019 - 36 Mois

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