Optimisation d'un biocapteur à effet de champ pour la détection de biomarqueurs.

Les biocapteurs sont des dispositifs qui rendent possible, entre autres, la détection de biomarqueurs associés à des maladies telles que le cancer. Dans ce projet, nous nous intéressons, plus particulièrement, à l’amélioration d’un nouveau biocapteur qui détecte la présence de biomarqueurs à très faible concentration en temps réel, tout en permettant la détection en simultané de plusieurs types de biocapteurs, ce qui est très difficile avec les dispositifs actuels.

Au cœur de ce biocapteur se trouve un nanomatériau appelé le graphène, soit une couche bidimensionnelle d’atomes de carbone ayant des propriétés électriques particulières, sur laquelle on vient greffer des biomolécules de reconnaissance dont le rôle est d’interagir avec des biomarqueurs spécifiques. En effet, la capacité du graphène à conduire le courant électrique est influencée par de très faibles variations du champ électrique dans son environnement, ce qui lui permet justement de détecter des biomarqueurs à très faible concentration.

Plus concrètement, l’expérience montre que le courant qui traverse la couche de graphène change lorsque les biomolécules à sa surface captent les biomarqueurs présents dans l’échantillon. Le mécanisme proposé pour expliquer cette observation est que le potentiel électrostatique à la surface du graphène change lorsque les biomolécules de reconnaissance captent des biomarqueurs.

Certains défis restent à relever avant que ce biocapteur novateur puisse être déployé à plus grande échelle dans le domaine biomédical. En particulier, le choix de la configuration des électrodes dans le biocapteur influence directement ce qui se trouve dans celui-ci – les ions et les biomarqueurs dans l’échantillon ainsi que les biomolécules de reconnaissance – affectant du coup la sensibilité de sa détection.

Puisqu’il est difficile de caractériser ces conséquences au niveau atomique et moléculaire uniquement en laboratoire, nous appuierons l’expérience à l’aide de simulations multi-échelles en visant à mieux comprendre : (1) le potentiel électrique généré par les électrodes dans le biocapteur, (2) l’effet de ce potentiel électrique sur la distribution des ions et sur la structure des biomolécules à la surface du graphène et (3) les conséquences qui en découlent sur la capacité du graphène à transmettre un courant électrique.

Ce projet réalisé en collaboration avec l’expérience améliorera notre compréhension du fonctionnement de ce biocapteur, permettant d’améliorer son efficacité et sa sensibilité. À terme, nos résultats anticipés favoriseront le déploiement de ce biocapteur à plus large échelle dans le domaine biomédical. De plus, les nouvelles connaissances acquises grâce à ce projet seront directement transférables à d’autres types de biocapteurs à effet de champ, ce qui sera important pour le domaine des biocapteurs en général.