Thématiques de recherche

Interactions Acousto-fluidiques

Ce thème de recherche consiste à concevoir et réaliser des microsystèmes (capteurs et actionneurs fondés sur les interactions acousto-fluidiques, le champ d’application visé étant les applications biomédicales. La recherche se focalise en particulier sur :

  • Interactions acousto-fluidiques pour des applications de type capteur  (capteur résonant, fluides diphasiques …)
  • Acoustophorèse (manipulation de gouttes, mélangeurs acoustiques …)

 

 

Composant en AsGa et setup expérimental avec ses connexions électriques et fluidiques Capteur de débit de gaz à ondes de Lamb en Aln/Si (vitesse et orientation) Microcapteurs LGS

 

NanoBiocaractérisation

Les performances globales d'un biocapteur dépendent de la sensibilité du transducteur, mais le paramètre essentiel est fondamentalement l'interface de bioreconnaissance, qui garantie la possibilité de la biopuce d'opérer dans un contexte réel biologique (milieu biologique complexe) et d'atteindre la spécificité requise. Finalement et peut-être étonnamment, pour examiner jusqu'à de grandes bibliothèques d'échantillons de patients, une investigation à l'échelle nanométrique de l'architecture biochimique est cruciale pour développer des biocapteurs efficaces, sensibles et fonctionnel. L'équipe explore ce nanomonde à des fins biologiques et cliniques avec la plateforme de protéomique CLIPP depuis 2008. La microscopie à force atomique (AFM) est une technique qui permet d'évaluer des changements de la topographie de surface, de l'homogénéité du biofilm déposé, la densité de surface en protéines et des modifications de structure 3D de protéine sans nécessité de marquage. Aussi, la Spectrométrie de masse (MS), opérant directement sur la puce (sans élution) par l'approche de MALDI-TOFF, ou après l'élution du matériel biologique capturé sur la puce par la technique d'Electrospray, permet l'obtention du profil protéique moléculaire des objets biologiquesséléctivement et spatiallement capturés sur la biopuce, au travers de microarrays. Ainsi, le couplage de systèmes de transduction tels que la Resonance de Plasmon de Surface utilisant une puce à microarrays avec la spectrométrie de masse et/ou la microscopie à force atomique représente une réelle voie prometteuse pour atteindre une corrélation entre une mesure moyennée à l'échelle macroscopique d'activité biologique et une visualisation in situ sur la biopuce et une caractérisation à l'échelle nanométrique des évènements biologiques contribuant à cette activité.

 

Imagerie MALDI sur puce de fragments peptidiques de la protéine LAG3 capturée (de l'ordre de la femtomole) dans du plasma humain. Puce Biacore avec 4 microcanaux (gauche) et puce Horiba Scientific en spots (droite).

En collaboration avec CLIPP

 

 

Influence de la liaison d'un nucléotide sur la conformation d'un protofilament de tubuline Cellules adhérentes T24 sur verre
Images AFM obtenues en milieu liquide et à 37°C

 

 

Bio-ingénierie des surfaces et des molécules

Notre groupe combine diverses approches interdisciplinaires et multiphysiques pour concevoir et appliquer des nouveaux dispositifs couplés avec des instruments de haut niveau (SPR, AFM et MS) afin de mieux contrôler la réalisation des biopuces et des interfaces biospécifiques. L’objectif est de répondre à des questions biologiques/biochimiques ou médicales pour améliorer la compréhension de la vie et développer des diagnostics pour un meilleur traitement des maladies. La bioingénierie des surfaces des biopuces produites à FEMTO-ST nous permet de mieux contrôler l’interface entre une couche sensible et des échantillons biologiques complexes par la fabrication des matériaux, leur fonctionnalisation chimique et la capture des biomolécules. Différentes approches de fonctionnalisation utilisant des chimies physiques, de bioaffinité et covalentes ou non sont utilisées en faisant attention à conserver la conformation de la protéine et de son activité afin d’améliorer les performances globales en terme de sensibilité et spécificité. Nos systèmes miniaturisés nous permettent d’optimiser la capture des protéines, cellules et microorganismes à l’état des traces dans des fluides biologiques complexes et sont utilisés pour le diagnostic in vitro et le criblage de biomarqueurs de pathologies humaines.  


De plus, un nouveau programme d’ingénierie biomoléculaire a récemment débute basé sur l’expression de protéines dans des systèmes bactériens et en particulier de protéines membranaires dans la bactérie lactique, Lactococcus lactis. Nous prévoyons de développer de nouvelles caractérisations fonctionnelles et structurales de ce type de protéines impliquées dans la plupart des processus vitaux et cibles majeures des médicaments pharmaceutiques.

 

 

 Lactococcus lactis et nisine utilisée pour l'expression contrôlée des gènes.  Lactococcus lactis : un système d'expression pour la production de protéines à façon.

 

Optique biomédicale et recherche translationnelle.

 

Cette thématique est clairement orientée vers les applications cliniques de l'optique biomédicale. Le but étant non seulement de concevoir l'instrumentation optique permettant de répondre à des besoins cliniques identifiés au niveau international, mais aussi et surtout de translater cette instrumentation au plus près des patients. Pour cela, il faut repenser les systèmes pour prendre en compte les contraintes liées à l'utilisation d'échantillons biologiques le plus souvent bruts de prélèvement.
Afin de répondre aux contraintes évoquées ci-dessus, une approche de conception intégrée des dispositifs est nécessaire. Les travaux réalisés présentent donc un caractère multi-disciplinaire marqué et s'inscrivent naturellement dans l'axe Biom'@x (Sciences et Technologies pour une Médecine Translationnelle animé par un membre du groupe BMD) de l'Institut, avec des collaborations soutenues avec les divers départements de FEMTO-ST d'une part, et des interactions quasi quotidiennes avec le module "Innovations Technologiques" du Centre d'Investigation Clinique (CIC-1431 INSERM) du CHRU de Besançon d'autre part. Un membre du groupe bénéficie d'ailleurs d'un cumul d'emploi au sein de ce CIC dont il est coordinateur technique et porteur de l’axe « Microsystèmes et qualification biologique », ce qui permet une accélération du développement de dispositifs médicaux innovants.