Un laboratoire sur puces

Des chercheurs mettent au point un dispositif portable pour tester la toxicité de l'eau.

2 Mars 2015 à 8H52

Le dispositif ressemble à un mini lecteur CD pour ordinateur. La languette que l'on retire présente six chambres de test où l'on peut déposer un un échantillon d'eau auquel on a mélangé des algues microscopiques. Photo: Nathalie St-Pierre

La maison que vous achetez est alimentée par un puits artésien et vous voulez savoir si l'eau contient des polluants? À l'heure actuelle, vous devez vous résoudre à débourser quelques centaines de dollars pour faire analyser l'eau par un laboratoire accrédité, qui prendra une semaine pour vous livrer les résultats. Mais peut-être plus pour longtemps. Des chercheurs de l'UQAM ont en effet mis au point un véritable laboratoire sur puces qui pourrait changer la donne. «Il s'agit d'un test de pollution basé sur la fluorescence des algues, explique le diplômé du doctorat en chimie Florent Lefèvre, qui a travaillé sur ce projet dans le cadre de sa thèse. Avec notre dispositif, qui tient dans une main, nous pouvons évaluer la toxicité d'un échantillon d'eau en quelques minutes.»

De nos jours, l'innovation passe souvent par la multidisciplinarité et ce projet de recherche en est un bel exemple. Le dispositif en question a été conçu par l'équipe du professeur Ricardo Izquierdo, du Département d'informatique, en collaboration avec celle du professeur Philippe Juneau, du Département des sciences biologiques. «Il s'agit d'une combinaison de systèmes optiques, fluidiques et organiques», note Florent Lefèvre, qui est aussi agent de recherche au Département de chimie et dont la thèse a été codirigée par les deux professeurs.

Des algues et des capteurs

Florent Lefèvre, Marie-Claude Perron, Philippe Juneau et Ricardo Izquierdo.Photo: Nathalie St-Pierre

Ce laboratoire sur puces repose sur la photosynthèse des algues, qui comptent parmi les plus petites cellules au monde et qui sont très sensibles aux polluants. «Lorsque les algues sont exposées à la lumière, elles deviennent fluorescentes, explique Philippe Juneau, c'est-à-dire qu'elles réémettent la lumière absorbée selon une longueur d’onde très précise. Or, cette bioluminescence varie en fonction de leur exposition aux polluants contenus dans l’eau.»

Mais comment intégrer un organisme vivant dans un microsystème? «Il y a deux composantes principales dans un laboratoire sur puces, explique Ricardo Izquierdo. Il faut un système de canaux microfluidiques, qui permet au liquide – un échantillon d'eau auquel on a mélangé des algues microscopiques – de circuler. Et il faut des capteurs, en l'occurrence une diode électroluminescente qui émet de la lumière absorbée par les algues.» La bioluminescence produite par les algues est transformée en signal électrique par une photodiode. «Ce signal est décodé par un logiciel qui permet de détecter la présence de polluant dans l'échantillon testé», poursuit le chercheur.

Cette plateforme logicielle, créée par l'équipe du professeur Izquierdo, mesure en quelques secondes des paramètres précis à l'intérieur des cellules des algues. «C'est un peu le même principe qu'un bilan de santé chez notre médecin, explique Florent Lefèvre. En bout de piste, le logiciel nous indique si les algues qui ont été en contact avec l'échantillon d'eau à tester sont en bonne santé.»

Un appareil multi-puits

Le dispositif ressemble à un mini lecteur CD pour ordinateur. La languette que l'on retire présente six chambres de test. «On peut analyser six concentrations différentes de polluants ou se constituer des échantillons témoins, ou même effectuer six fois le même test», note en riant Philippe Juneau.

Ce petit laboratoire sur puces pourrait servir autant au particulier qui veut tester l'eau de son puit qu'à l'agriculteur ou l'industriel qui veut savoir si ses eaux de rejet sont toxiques.

Cette propriété permet également de tester un échantillon d'eau avec plusieurs espèces d'algues, qui possèdent des sensibilités différentes aux polluants, comme les métaux ou les pesticides, par exemple. «C'est utile car on ne sait pas toujours le type de polluants que l'on recherche», note Philippe Juneau. Une fois les échantillons déposés dans les puits, on insère la capsule dans le dispositif. On appuie sur le bouton de mesure et le logiciel nous indique les résultats.

Ce petit laboratoire sur puces pourrait servir autant au particulier qui veut tester l'eau de son puit qu'à l'agriculteur ou l'industriel qui veut savoir si ses eaux de rejet sont toxiques. «C'est un outil d'alerte efficace, en amont des tests en laboratoire qu'impose la législation québécoise, affirme Florent Lefèvre. En laboratoire, plus on demande de tests pour différents types de polluants, plus ça coûte cher. Notre dispositif pourrait servir à aiguiller les laboratoires vers les bons tests.»

Différentes algues pour différents polluants

Dans le cadre de sa maîtrise en biologie sous la direction de Philippe Juneau, Marie-Claude Perron a évalué différentes espèces d'algues en lien avec leur sensibilité à divers polluants, afin d'établir les combinaisons d'algues à prescrire pour les différents tests de toxicité. «L'objectif était de pouvoir détecter le plus de polluants possible», dit celle qui est aujourd'hui agente de recherche au Département des sciences biologiques. Elle a même testé des polluants comme les perturbateurs endocriniens – dont le β-estradiol, une hormone de synthèse entrant dans la fabrication de la pilule contraceptive qui peut se retrouver dans les milieux aquatiques. «Les algues n'ont pas de système endocrinien, mais leur photosynthèse était affectée par ces perturbateurs, explique-t-elle. Notre dispositif détecte donc ce type de polluant également.»

L'un des défis qui se pose aux chercheurs est de trouver un moyen de conserver les algues.  «Je travaille sur la stabilisation des cultures d'algues, pour obtenir du matériel utilisable deux à trois mois après l'avoir encapsulé», explique la chercheuse.

Deux brevets

Le prototype branché à un ordinateur. Photo: Nathalie St-Pierre

D'ici quelques années, ce dispositif, qu'il faut actuellement brancher à un ordinateur, pourrait se connecter sans fil à un téléphone intelligent. Qui sait, peut-être un matin pourrons-nous tester en quelques minutes l'eau de notre robinet grâce à un test acheté à la quincaillerie du coin? «Le but était de produire un dispositif efficace à bas coût et nous avons réussi», dit fièrement Florent Lefèvre. «Nous avons atteint l'étape du prototype fonctionnel de démonstration, confirme Ricardo Izquierdo. Il pourra être amélioré – le but ultime serait d'intégrer les algues dans la puce pour que l'utilisateur n'ait qu'à déposer une goutte d'eau dans chaque puits afin de procéder au test, réduisant ainsi les manipulations –  mais autrement notre travail est terminé.»

Il reste maintenant à voir si ce laboratoire sur puces intéressera les investisseurs. Le Service des partenariats et du soutien à l'innovation de l'UQAM a déposé deux brevets afin de protéger la propriété intellectuelle du dispositif. Le premier porte sur l'intégration des mesures optiques et électriques dans une plateforme pour mesurer la pollution de l'eau et le second sur la méthode de fabrication des capteurs électriques. «La technologie appartient à l'UQAM qui détient les brevets, souligne Florent Lefèvre. Nous travaillons présentement avec la société de valorisation Aligo Innovation afin de trouver des industriels disposés à acheter nos brevets ou des licences.» À suivre!

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