Les performances des biocapteurs doublées : De nouvelles applications possibles

- La précision de mesure des biocapteurs à oxydase pour le glucose, le lactate et la créatinine est passée d'environ 50 à 99%
- L'oxygène causait auparavant des inexactitudes ; la nouvelle méthode élimine l'oxygène 
- Les chercheurs envisagent des applications potentielles allant de la médecine personnalisée à l'agriculture

Les biocapteurs aident les personnes souffrant de maladies chroniques dans le monde entier à vivre mieux. Cependant, leur précision de mesure a souvent été relativement faible, limitant la gamme des applications possibles. Des chercheurs de l’Université technique de Munich (TUM) ont maintenant découvert un moyen d’augmenter la précision des biocapteurs à oxydase courants de 50 % à 99 %, ouvrant la voie à de nouvelles utilisations.

L’autosurveillance de la glycémie et l’ajustement de l’insuline selon les besoins : les biocapteurs rendent cela possible pour les personnes diabétiques – rapidement et sans besoin de laboratoire. Les biocapteurs sont également utilisés dans d’autres domaines, mais de nombreuses applications prometteuses nécessitent une plus grande précision. Par exemple, la mesure des niveaux de créatinine, un indicateur important de la fonction rénale, a été jusqu’à présent trop imprécise. En conséquence, le plein potentiel des biocapteurs reste inexploité.

Nicolas Plumeré, professeur d’électrobiotechnologie à la TUM, Huijie Zhang, ancien chercheur à sa chaire et maintenant professeur de nouvelles énergies à l’Université des sciences et technologies de Nanjing en Chine, et Mohamed Saadeldin, doctorant à la TUM, se sont donné pour mission de changer cela. Dans une étude en laboratoire, la précision des biocapteurs à oxydase pour le glucose, le lactate et la créatinine a été augmentée d’environ 50 % à 99 % – sans besoin d’étalonnage préalable. Le lactate, par exemple, est mesuré lors de la surveillance des patients en état critique. Selon l’équipe, cette percée ouvre des champs d’application entièrement nouveaux.

Un piège à oxygène nettoie l’intérieur du capteur

Le manque de précision antérieur découle du mode de fonctionnement de ces capteurs. Ils utilisent des oxydases – des enzymes qui convertissent des substances comme le glucose en gluconolactone et en électrons. Les électrons sont transférés aux électrodes intégrées dans le capteur, générant un courant électrique. Plus la concentration d’une substance est élevée, plus le courant affiché est fort. Le problème : les oxydases ne transfèrent pas seulement les électrons à l’électrode – elles les transfèrent également à l’oxygène présent dans l’environnement. Ces électrons « perdus » ne contribuent pas au courant, affaiblissant le signal et faisant apparaître la concentration mesurée plus faible qu’elle ne l’est réellement.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé un piège à oxygène : une alcool oxydase qui consomme l’excès d’oxygène en le convertissant en eau. Il est crucial que cette alcool oxydase ne réagisse pas avec les substances cibles réelles – glucose, créatinine ou lactate. Après ce « nettoyage », il ne reste que des quantités minimes d’oxygène, permettant à l’oxydase primaire de transférer presque tous ses électrons au capteur.

De la santé à l’agriculture

« Nous voyons un large éventail d’applications nouvelles et élargies et le potentiel d’éliminer certains tests de laboratoire à l’avenir », explique Nicolas Plumeré. « En médecine personnalisée, ces biocapteurs pourraient aider à étalonner les dispositifs portables, fournissant des données de santé plus fiables, détectant les problèmes précocement et soutenant un dosage précis des médicaments. Il y a aussi un potentiel dans les soins de santé pilotés par l’IA, qui dépendent de grands ensembles de données que des biocapteurs améliorés pourraient aider à générer. »

Plumeré voit également des opportunités au-delà de la médecine et travaille déjà sur des applications pratiques. S’appuyant sur le projet de recherche LiveSen-MAP, son équipe a développé un test basé sur le même principe pour mesurer la teneur en azote des plants de blé. Cela permet des ajustements sur site de la fertilisation, évitant la surfertilisation. Pour les agriculteurs, cela signifie des coûts réduits et un impact environnemental moindre.

Article : A universal oxygen scavenger for oxidase-based biosensors – Journal : Science Advances – Méthode : Experimental study – DOI : 10.1126/sciadv.adw6133