Une nouvelle recherche dirigée par le professeur adjoint Jinglei Ping de l’Université du Massachusetts Amherst a surmonté un défi majeur pour isoler et détecter des molécules en même temps et au même endroit dans un microdispositif. L’ouvrage, récemment publié dans ACS Nano, démontre une avancée importante dans l’utilisation du graphène pour le traitement et l’analyse électrocinétique des échantillons biologiques, et pourrait permettre aux dispositifs de laboratoire sur puce de devenir plus petits et d’obtenir des résultats plus rapidement.
Le processus de détection des biomolécules est compliqué et prend du temps. « Nous devons généralement d’abord les isoler dans un milieu complexe dans un appareil, puis les envoyer vers un autre appareil ou un autre endroit dans le même appareil pour la détection », explique Ping, qui fait partie du département de génie mécanique et industriel du College of Engineering et est également affilié à l’Institut des sciences de la vie appliquées de l’université. « Maintenant, nous pouvons les isoler et les détecter au même endroit à l’échelle microscopique dans un dispositif microfluidique en même temps – personne ne l’a jamais démontré auparavant. »
Son laboratoire a réalisé cette avancée en utilisant du graphène, un réseau en nid d’abeille d’un atome d’épaisseur d’atomes de carbone, comme microélectrodes dans un dispositif microfluidique.
« Nous avons constaté que par rapport aux microélectrodes en métal inerte typiques, la stabilité de l’électrolyse des microélectrodes de graphène est plus de 1 000 fois améliorée, ce qui les rend idéales pour l’analyse électrocinétique haute performance », dit-il.
De plus, a ajouté Ping, puisque le graphène monocouche est transparent, « nous avons développé une stratégie microfluidique multi-flux tridimensionnelle pour détecter au microscope les molécules isolées et calibrer la détection en même temps à partir d’une direction normale aux microélectrodes de graphène ».
La nouvelle approche développée dans les travaux ouvre la voie à la création de dispositifs de laboratoire sur puce d’une efficacité maximale en termes de temps et de taille, a déclaré Ping. De plus, l’approche ne se limite pas à l’analyse de biomolécules et peut potentiellement être utilisée pour séparer, détecter et stimuler des micro-organismes tels que des cellules et des bactéries.
Les co-auteurs de l’article, « Graphene-Enabled High-Performance Electrokinetic Focusing and Sensing », sont les étudiants de Ping, Xiao Fan (premier auteur) et Xiaoyu Zhang.
Xiao Fan et al, focalisation et détection électrocinétiques hautes performances activées par le graphène, ACS Nano (2022). DOI : 10.1021/acsnano.2c03054