Un nez électronique à base de biomatériaux pour les diagnostics précoces

Résultats scientifiques

La concentration et la composition de composés organiques volatils (COVs) que nous expirons dans l’air change lorsque nous sommes affectés par certaines pathologies. Leur détection pourrait donc permettre de dépister ces maladies à un stade précoce. Pour cela, des scientifiques du laboratoire Systèmes moléculaires et nano matériaux pour l’énergie et la santé (CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes) ont imaginé un nez électronique à base de nanostructures peptidiques dont les performances en terme de sensibilité se révèlent excellentes. Ces résultats sont publiés dans la revue ACS Nano.

Inspirés du nez humain, les nez électroniques sont des outils d’avenir pour la détection et l'analyse des composés organiques volatils (COV), souvent considérés comme responsables de la pollution olfactive, et dont on a découvert plus récemment qu’ils étaient des biomarqueurs de certaines maladies comme, par exemple, le cancer du poumon. Actuellement, les systèmes à base de polymères ou de matériaux inorganiques se révèlent efficaces en terme de sensibilité, mais présentent une faible sélectivité.

Afin d'améliorer leurs performances, les scientifiques s’orientent vers la synthèse de biomatériaux à base de peptides. Pourquoi ce choix ? Tout d’abord parce que les peptides sont des analogues des protéines qui participent à la reconnaissance des odeurs dans les nez humains, mais avec une plus grande stabilité. De plus, avec les 21 acides aminés qui les composent, il est possible de concevoir un très grand nombre de peptides ayant des interactions sélectives pour les COV et donc offrir aux nez électroniques des meilleures performances en terme de la reconnaissance et de la discrimination.

Dans ce contexte, une équipe du laboratoire Systèmes moléculaires et nano matériaux pour l’énergie et la santé (CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes) vient de concevoir des nanostructures hybrides originales par auto-assemblage d’un peptide tensioactif (Cys-Gly-Gly-Gly-Gly-Gly-Gly-Gly). Grâce à un processus de mise en forme simple à l’aide d’un robot spotteur, ils sont ensuite parvenus à les déposer sur puce tout en contrôlant parfaitement la morphologie des dépôts, qui joue un rôle déterminant dans la sélectivité de la détection des COV par ces nez électroniques.

Les performances se sont révélées excellentes avec des limites de détection jamais égalées : <1 ppbv (partie par milliard en volume) pour l'acide hexanoïque et 6 ppbv pour le phénol, deux biomarqueurs des cancers œsogastriques. Ces travaux ont récemment été publié dans la revue ACS Nano.

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Exploration dans le monde nanoscopique des surfaces biohybrides conçues pour la détection et la discrimination des composés organiques volatils. © Jonathan S. Weerakkody

Référence

Jonathan S. Weerakkody, Marielle El Kazzy, Elise Jacquier, Pierre-Henri Elchinger, Raphael Mathey, Wai Li Ling, Cyril Herrier, Thierry Livache, Arnaud Buhot & Yanxia Hou
Surfactant-like Peptide Self-Assembled into Hybrid Nanostructures for Electronic Nose Applications
ACS Nano 2022

DOI: 10.1021/acsnano.1c10734

Contact

Yanxia Hou-Broutin
Chercheuse au laboratoire Systèmes moléculaires et nano matériaux pour l’énergie et la santé
Stéphanie Younès
Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS
Anne-Valérie Ruzette
Chargée scientifique pour la communication - Institut de chimie du CNRS
Christophe Cartier dit Moulin
Chercheur à l'Institut parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication scientifique de l'INC