Les dispositifs de laboratoire sur puce développés par BYU pourraient-ils aider à sauver des vies ?
À l’aide d’imprimantes 3D, les chercheurs de BYU peuvent créer des dispositifs microfluidiques avec des composants plus petits que jamais. Un professeur d’ingénierie affirme que le développement change la façon dont les professionnels de la santé effectuent des diagnostics et sauvent potentiellement des vies. (BYU)
PROVO — Une équipe interdisciplinaire de chercheurs de l’Université Brigham Young, dirigée par le professeur d’ingénierie BYU Greg Nordin, a développé une nouvelle technique d’impression 3D pour créer les plus petits dispositifs microfluidiques de laboratoire sur puce à haute résolution jamais créés.
Les appareils de laboratoire sur puce sont des appareils miniaturisés qui peuvent effectuer des analyses généralement effectuées en laboratoire, comme des diagnostics biomédicaux ou des analyses d’ADN. Fondamentalement, le concept est que les scientifiques prennent un laboratoire biomédical et l’équipement de diagnostic qui s’y trouvent et les réduisent en une minuscule puce qui peut traiter et mesurer comme le ferait un laboratoire.
Les chercheurs ont détaillé le processus dans un nouvel article publié dans Nature Communications.
Cette technologie est en développement depuis la fin des années 1980 et a amélioré la rentabilité, la vitesse, la sensibilité et la cohérence de la détection biochimique et des diagnostics biomédicaux. Les chercheurs affirment que l’appareil peut également réduire les erreurs humaines grâce à une technologie automatisée, permettre des tests plus contrôlés et ne nécessiter qu’un minimum d’échantillons de liquide.
Les développeurs ont utilisé la technologie microfluidique pour créer des canaux, des pompes et des valves microscopiques qui permettent des tests et des réactions sur des picomètres de liquide, comme une infime portion d’une seule goutte de sang.
En ce qui concerne la technologie au cours des deux dernières décennies, l’un des plus grands défis des dispositifs de laboratoire sur puce est qu’ils sont généralement fabriqués dans des salles blanches, un laboratoire exempt de poussière et d’autres contaminants. Ce processus peut prendre jusqu’à trois à quatre jours, ce qui signifie que la production et la distribution sur le marché deviennent coûteuses, lentes et difficiles.
Les imprimantes 3D commerciales ne sont pas assez avancées pour fabriquer les microcanaux et la technologie minuscule de la puce. Pour cette raison, Nordin et une équipe de chercheurs disent avoir construit leurs propres imprimantes 3D pour environ 100 000 $ chacune, capables de fabriquer les plus petits dispositifs de laboratoire sur puce à ce jour à partir d’un type de plastique créé par un liquide photo-polymérisé. transformé en matériau solide haute résolution couche par couche en cinq à sept minutes sans les dépenses de plusieurs millions de dollars liées à l’installation et à l’utilisation d’une salle blanche.
Ces imprimantes ne nécessitent qu’une maintenance nominale et peuvent créer des valves de seulement 15 microns.
« C’est là que se trouve la véritable innovation », a déclaré Nordin, ajoutant que parce que les prototypes de ces appareils sont développés si rapidement, ils peuvent adopter « une approche rapide et fréquente pour itérer un appareil réussi », alors que dans une salle blanche chaque prototype prend tellement de temps à se développer qu’il devient « précieux ».
Lui et son équipe disposent actuellement de trois imprimantes 3D de générations et d’itérations différentes et de quatre nouveaux développements en cours. Ils utilisent cette technique pour créer toute une série de minuscules pompes et vannes, de chambres de réaction et de mélanges, le tout sur une seule puce.
Le faible coût de développement, après le coût initial de construction de l’imprimante, signifierait que ces appareils pourraient être fabriqués à faible coût, les rendant plus accessibles aux communautés mal desservies, a-t-il déclaré. Leur petite taille permet une manipulation plus facile et pourrait être administrée par une infirmière, sans oublier une distribution facile. Cela facilite également le développement de différentes technologies et fonctions au sein de la puce, car les prototypes sont moins chers et plus faciles à construire et chaque puce pourra effectuer plusieurs tests et remplir plusieurs fonctions.
« Ce développement révolutionne (le domaine) dans le sens suivant : jusqu’à présent, vous ne voyez pas beaucoup de dispositifs microfluidiques commerciaux. Grâce à l’impression 3D, nous pouvons créer des prototypes très rapidement et le chemin de fabrication exactement le même que le chemin de prototypage. Bas line : La quantité de friction est tellement réduite qu’elle peut vraiment être révolutionnaire dans le développement d’appareils », a déclaré Nordin.
Il a donné un exemple que lui et l’un de ses collègues, William Pitt, professeur de génie chimique à BYU, travaillent à soumettre à l’Institut national de la santé. Il s’agit d’accélérer considérablement le traitement du sepsis, une infection bactérienne souvent mortelle et résistante aux antibiotiques. Des tests biomédicaux réguliers peuvent prendre des jours entre les prises de sang pour déterminer quels antibiotiques seront efficaces. L’utilisation d’un dispositif de laboratoire sur puce à la place réduirait ce temps à environ deux heures.
« Les taux de mortalité changent complètement si vous pouvez traiter une personne aussi rapidement », a déclaré Nordin.
Il pense que cette nouvelle technique pourrait complètement changer la façon dont les professionnels de la santé effectuent des diagnostics et potentiellement sauver des vies. Il souhaite également que les Utahns sachent que « ce travail de pointe en cours dans les universités de l’Utah a vraiment un impact immense sur le monde réel et que l’éducation que les étudiants reçoivent en s’impliquant est vraiment fantastique ».
Au sein de son équipe, le corps professoral guide et dirige la recherche et le développement, mais les étudiants effectuent la plupart des travaux pratiques. Le premier auteur figurant sur l’article publié dans Nature Communication est un étudiant à la maîtrise du Pérou qui a proposé de nombreuses idées innovantes, a expliqué Nordin.
« Tout le monde avait un rôle à jouer, et ce qui est vraiment bien, c’est que les entreprises en découlent et offrent des opportunités d’emploi pour des emplois de haute technologie dans l’Utah, ce qui est toujours l’un de nos objectifs », a-t-il déclaré.