Introduction aux laboratoires sur puce 2015 : revue, historique et futur

Introduction aux laboratoires sur puce

laboratoires sur puce 2015Un laboratoire sur puce est un dispositif miniaturisé qui intègre au sein d’une simple puce une à plusieurs analyses qui sont communément réalisées en laboratoire, des analyses telles que le séquençage ADN ou bien la détection d’agents biochimiques. La recherche des laboratoires sur puce est principalement focalisée sur le diagnostic humain et l’analyse d’ADN. Moins fréquemment, la recherche des laboratoires sur puce se focalise sur la synthèse chimique. La miniaturisation d’opérations biochimiques communément effectuée en laboratoire possède de nombreux avantages comme la réduction des coûts, la parallélisation des expériences, l’ergonomie, la vitesse du diagnostic et sa sensibilité. L’émergence du domaine des laboratoires sur puce repose essentiellement sur deux technologies de base: la microfluidique et la biologie moléculaire (Tutoriel sur  la microfluidique ici).

Les technologies microfluidiques utilisées dans les dispositifs de laboratoires sur puce permettent la fabrication de millions de microcanaux, chacun mesurant quelques micromètres, sur une seule puce qui tient dans la paume de la main. Les microcanaux permettent la manipulation de fluides dans des quantités aussi faibles que quelques picolitres, ainsi que le monitoring de réactions biochimiques à de très petits volumes. Bien sûr, pour permettre toutes ces opérations, les dispositifs de laboratoires sur puce ne sont pas seulement une collection de microcanaux. Ils requièrent également l’intégration de pompes, d’électrodes, de vannes, de champs électriques et de l’électronique pour devenir des systèmes de diagnostic complets de laboratoires sur une puce.

La base du “rêve de laboratoire sur puce” est d’intégrer sur une seule puce des milliers d’opérations biochimiques qui pourraient être faites en divisant une seule goutte de sang prélevée sur le patient afin d’obtenir un diagnostic précis des maladies potentielles. Comme nous allons le voir, nous sommes très loin de cela, mais les technologies actuelles sont prêtes à permettre le développement de laboratoires sur puce, ce qui nous rapproche de la réalisation de ce rêve. Dans les prochaines décennies, les progrès des laboratoires sur puce changeront la façon dont nous faisons des diagnostics.

Dans ce tutoriel, nous n’entrerons pas dans les détails de toutes les recherches en cours sur les technologies de laboratoires sur puce, mais nous allons essayer de vous donner un aperçu général du domaine et de nos réflexions sur son rôle futur dans le diagnostic. Pour des informations plus complètes, nous vous recommandons de lire l’excellente revue: P Abgrall et AM Gue [1].

L’histoire des laboratoires sur puce

laboratoires sur puce 2015 - apollo nasaL’histoire des laboratoires sur puce est intrinsèquement liée à la microfluidique. Et la microfluidique est intrinsèquement liée à l’histoire de la microtechnologie des semi-conducteurs.

Pour faire avancer le programme Apollo, les États-Unis ont investi des milliards de dollars à miniaturiser des calculateurs afin de les envoyer dans l’espace. Dans le début des années 50 les chercheurs ont adapté les technologies photographiques pour créer la photolithographie afin de fabriquer des micro-transistors et donc, les microtechnologies et la microfabrication sont nées. Ces découvertes ont conduit à notre dernière révolution technologique, qui a donné naissance aux technologies modernes de l’information et de la télécommunication.

Dix ans plus tard, dans les années 60, les chercheurs ont utilisé ces technologies pour fabriquer des structures micromécaniques appelés MEMS, qui permettent la production d’accéléromètres miniaturisés pour une utilisation dans les objets du quotidien tels que les airbags et les smartphones.

Par l’utilisation de ces techniques de fabrication, le premier laboratoire sur puce réel a été créée en 1979 à l’Université de Stanford pour chromatographie en phase gazeuse. Cependant, les principales recherches sur les laboratoires sur puce ont commencé dans les années 80 avec le développement de la microfluidique et l’adaptation des procédés de microfabrication pour la production de dispositifs en polymères. Cette adaptation des techniques de microfabrication en polymères prit le nom de lithographie douce.

La fabrication en silicium utilisée pour la microélectronique a certainement été efficace, mais elle nécessite des coûts d’investissement élevés et des connaissances spécifiques. La capacité de fabriquer simplement des puces polymères a permis à de nombreux laboratoires de recherche de lancer leurs propres investigations sur les technologies de laboratoires sur puce. Aujourd’hui, il est même possible de fabriquer des laboratoires sur puce entièrement personnalisés dans tout laboratoire sans la nécessité d’une salle blanche.

laboratoires sur puce 2015 - revue historique et futurPuis, dans les années 90 de nombreux chercheurs ont commencé à explorer la microfluidique et ont essayé de miniaturiser les opérations biochimiques telles que la PCR. Les premières recherches de laboratoires sur puce ont également porté sur la biologie cellulaire. Cela n’est pas surprenant quand on considère que les microcanaux sont de même échelle que les cellules. Ces progrès ont permis aux scientifiques d’effectuer facilement pour la première fois des opérations au niveau de la cellule unique. Beaucoup de recherches ont été effectuées sur la miniaturisation des opérations biochimiques génomiques telles que la PCR, l’électrophorèse, les puces à ADN, l’étape de prétraitement, la lyse cellulaire, etc. Finalement, les chercheurs ont commencé à intégrer toutes les étapes nécessaires: de la collection de l’échantillon à l’analyse finale sur la même puce, montrant ainsi le potentiel réel des technologies de laboratoires sur puce. Ces types de dispositifs de laboratoires sur puce qui permettent aux chercheurs d’effectuer toutes les opérations de collecte de l’échantillon à analyser est généralement appelé en anglais Micro total analysis system (μTAS).

Les agences militaires comme la DARPA et la DGA s’intéressèrent rapidement aux technologies de laboratoires sur puce puisque ces progrès permettent de détecter aussi tôt que possible les menaces biologiques. Comme 30 ans auparavant avec les semi-conducteurs et les programmes d’exploration de l’espace, ces organismes ont investi beaucoup d’argent dans l’avancement de la recherche sur les laboratoires sur puce.

Aujourd’hui, toutes les principales applications des systèmes de laboratoires sur puce ont été étudiées. Pour certaines applications, les laboratoires sur puce ne montrent pas seulement la capacité d’intégration et de parallélisation, mais démontrent également une performance supérieure par rapport aux technologies conventionnelles. Par exemple, dans le cas de la PCR (une technologie utilisée pour multiplier l’ADN pour la détection d’agents pathogènes), l’intégration de la PCR sur un laboratoire sur puce permet d’amplifier l’ADN dix fois plus rapidement qu’avec les systèmes conventionnels.

Laboratoire sur puce: technologies fondamentales et applications

Beaucoup de recherches ont été et sont menées sur les laboratoires sur puce. La plupart se concentrent sur les technologies de diagnostic. Nous donnons ici quelques exemples d’applications où les laboratoires sur puce sont très prometteurs.

Laboratoire sur puce et Biologie Moléculaire

Pour l’amplification et la détection de l’ADN/de l’ARN, les laboratoires sur puce présentent des bénéfices conséquents en termes de vitesse de détection tout en maintenant une sensibilité égale. Puisque l’amplification ADN à l’aide de la PCR repose sur les cycles thermiques, la capacité de réaliser des changements thermiques à grande vitesse à l’échelle microscopique explique pourquoi les laboratoires sur puce sont devenus le moyen le plus rapide de faire de la PCR. (Elvesys a développé le système de qPCR le plus rapide au monde)

Pour le séquençage ADN et ARN, les laboratoires sur puce ont fourni un tout nouveau monde d’opportunités. Les premiers projets sur le génome humain ont pris des années et ont nécessité le travail de centaines de chercheurs pour séquencer le génome humain. Aujourd’hui, en utilisant un laboratoire sur puce pour intégrer une matrice de sondes d’ADN, nous sommes en mesure de séquencer des génomes plusieurs milliers de fois plus rapidement. De plus, les technologies à nanopores, qui ont encore besoin d’être optimisées, présentent un grand potentiel pour l’avenir car elles sont bien plus rapides pour le séquençage du génome que les laboratoires sur puce actuels utilisant une matrice de sonde ADN. Toutes les opérations biomoléculaires réalisées en laboratoires sur puce montrent un potentiel important pour la détection ultra rapide de bactéries et de virus, mais aussi pour l’identification de biomarqueurs de maladies (ADN et ARN). De plus, les laboratoires sur puce offrent d’énormes possibilités pour les immuno-essais, qui peuvent être réalisés en quelques dizaines de secondes au lieu d’une dizaine de minutes comme lorsqu’on utilise des technologies macroscopiques. Dans le domaine de la séparation moléculaire aussi, les laboratoires sur puce révèlent une séparation plus efficace que les systèmes conventionnels.

laboratoires sur puce 2015 - revue historique et futur - protéomique

Laboratoire sur puce et protéomique

Dans la branche protéomique, les laboratoires sur puce fournissent l’opportunité de réaliser des analyses de protéines tout en intégrant l’ensemble des étapes dans la même puce: extraction de la cellule, séparation par électrophorèse, digestion et analyse en utilisant la spectrométrie de masse. Ces processus incorporés ont la capacité de réduire considérablement l’analyse de protéines de quelques heures, avec un système macroscopique, à quelques minutes avec un laboratoire sur puce. Les laboratoires sur puce manifestent également un grand potentiel pour la cristallisation de protéines (la cristallisation est un important champ de recherches car il révèle la structure 3D d’une protéine). En utilisant un laboratoire sur puce, les chercheurs sont capables de contrôler simultanément et de la manière la plus rapide possible tous les paramètres permettant la cristallisation d’une protéine donnée. Le facteur le plus important est la possibilité de paralléliser considérablement les conditions de cristallisation, d’accélérer la découverte des conditions de cristallisation de protéines inconnues et d’étudier leur structure (en utilisant la diffraction des rayons X par exemple).

laboratoires sur puce 2015 - revue historique et futur - biologie cellulaire

Laboratoire sur puce et Biologie Cellulaire

Puisque les microcanaux ont la même taille standard que les cellules, la recherche en laboratoire sur puce a très tôt focalisé son attention sur la biologie cellulaire. Les laboratoires sur puce possèdent la capacité de contrôler les cellules à l’échelle d’une cellule unique tout en traitant une large quantité de cellules en quelques secondes. A l’échelle microscopique la commutation de flux peut être extrêmement rapide et descendre à seulement quelques dizaines de millisecondes. En utilisant des détecteurs optiques rapides (comme par exemple l’Opto Reader), on peut détecter et isoler une cellule donnée (comme une cellule cancéreuse rendue fluorescente à l’aide d’anticorps) avec une capacité de traitement accélérée. Il existe plusieurs autres applications pour les laboratoires sur puce en biologie cellulaire, dont le micro patch-clamp, le contrôle de la différenciation des cellules souches, la cytométrie de flux et le tri des cellules.

laboratoires sur puce 2015 - revue historique et futur - chimie

Laboratoire sur puce et Chimie

La capacité de réaliser un chauffage ou un refroidissement rapide à l’échelle microscopique permet une plus grande efficacité dans certaines réactions chimiques. Par conséquent, de nombreuses recherches ont été menées sur l’utilisation des laboratoires sur puce comme réacteurs chimiques de taille microscopique et hautement parallélisés. Les laboratoires sur puce peuvent également être intéressants en ce qui concerne le traitement de composants dangereux et explosifs car ils limitent le risque en manipulant de plus petits volumes à la fois.

Laboratoire sur puce: technologies de fabrication

Les laboratoires sur puce utilisent les technologies de fabrication d’appareils les plus basiques et selon leur emploi, différents polymères. De telles technologies permettent l’intégration de microcanaux d’une taille proche de 1 micromètre.

laboratoires sur puce 2015 - revue historique et futur - LOC en PDMSLaboratoire sur puce en PDMS: Les laboratoires de recherche utilisent fréquemment le PDMS pour le prototypage des laboratoires sur puce. Le PDMS (polydiméthylsiloxane) est un élastomère transparent et flexible. Le PDMS est très largement utilisé car il est très facile et peu coûteux de fabriquer des laboratoires sur puce par moulage en PDMS. De plus les laboratoires sur puce fabriqués en PDMS bénéficient de l’intégration facile des microvalves de Quake pour une commutation de flux rapide et la perméabilité de l’air pour la culture et l’étude cellulaires. Amplement utilisé pour le prototypage des laboratoires sur puce, le PDMS montre d’importantes limitations à la production industrielle. Parce que le matériau est sujet au vieillissement et parce que le PDMS absorbe les molécules hydrophobiques, il est difficile d’intégrer des électrodes dans une puce en PDMS.

laboratoires sur puce 2015 - revue historique et futur - LOC en thermopolymèresLaboratoire sur puce en Thermopolymeres (PMMA PS…): Les polymères thermoplastiques sont abondamment utilisés par les chercheurs pour fabriquer des laboratoires sur puce. Même si ils sont légèrement plus piégeux et chers à implémenter que le PDMS, les thermoplastiques sont de bons candidats à la fabrication de laboratoires sur puce puisqu’ils sont transparents, compatibles avec la lithographie de taille micrométrique et plus inertes chimiquement que le PDMS. Pour certaines applications, plusieurs équipes de recherche ont obtenu de très bons résultats avec des laboratoires sur puce thermoplastiques, et puisqu’il est possible de leur intégrer des microélectrodes, les matériaux thermoplastiques peuvent être de bons candidats pour l’industrialisation de certains laboratoires sur puce.

laboratoires sur puce 2015 - revue historique et futur - LOC en verreLaboratoire sur puce en Verre: Transparent, compatible avec les dispositifs  de taille micrométrique, chimiquement inerte, avec un vaste rayon de surfaces de traitement chimiques et une intégration d’électrodes reproductible, le verre est un excellent candidat pour l’industrialisation des laboratoires sur puce. Du point de vue de la recherche, la fabrication de laboratoires sur puce en verre nécessite des salles blanches et des chercheurs possédant une profonde connaissance de la microfabrication. En conséquence, les laboratoires sur puce en verre ne sont pas accessibles à tous les laboratoires de recherche.

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laboratoires sur puce 2015 - revue historique et futur - LOC en siliciumLaboratoire sur puce en Silicium: Le premier laboratoire sur puce fut réalisé en silicium et il apparaît comme un choix opportun puisque les microtechnologies sont fondées sur le micro-usinage du silicium. De nos jours les chercheurs n’utilisent que très peu le silicium pour les laboratoires sur puce, principalement du fait que le silicium coûte cher, qu’il n’est pas optiquement transparent (sauf pour le rayonnement infrarouge) et qu’il requière une salle blanche ainsi qu’une profonde connaissance de la microfabrication. De plus, la conductivité électrique du silicium le rend impossible à utiliser pour les opérations en laboratoire sur puce qui nécessitent un voltage puissant (comme l’électrophorèse). Pourtant, même si aujourd’hui le silicium apparaît comme un candidat obsolète pour l’industrialisation de laboratoires sur puce, nous pensons que prendre en compte la haute précision du micro-usinage en silicium, les investissements réalisés dans le micro-usinage industriel du silicum, et la capacité d’intégrer toutes sortes de microélectrodes et même d’électronique sur la même puce, le silicium pourrait toujours être un choix pertinent pour l’industrialisation de certaines applications complexes en laboratoires sur puce.

laboratoires sur puce 2015 - revue historique et futur - LOC en papierLaboratoire sur puce en Papier: Les systèmes de laboratoires sur puce basés sur les technologies en papier pourraient avoir de fortes incidences sur les applications qui exigent des coûts très bas. Soutenus par G. Whiteside, l’un des chercheurs en microfluidique les plus connus, les laboratoires sur puce en papier pourraient trouver leur marché dans l’avenir. Nous espérons qu’il en sera ainsi car l’idée est très séduisante et pourrait ouvrir le champs des diagnostics et le rendre accessible aux populations à faibles revenus et à faibles ressources. (Photo provenant de l’Institut Wyss)

Les avantages des laboratoires sur puce comparés aux technologies conventionnelles

Bas coût: Les microtechnologies vont beaucoup diminuer le coût des analyses dans le sens où elles diminuent le coût des calculs effectués. L’intégration permettra de réaliser de nombreux tests sur la même puce, réduisant à un prix modique le coût de chaque analyse individuelle.

Haute parallélisation: Grâce à sa capacité à intégrer des microcanaux, la technologie des laboratoires sur puce pourra permettre à des dizaines voire à des centaines d’analyses d’être réalisées simultanément sur la même puce. Cela permettra aux docteurs de cibler des maladies spécifiques durant le temps de la consultation afin de prescrire plus rapidement et plus efficacement l’antibiotique ou l’antiviral le mieux adapté.

Simplicité d’utilisation et compacité: Les laboratoires sur puce permettent l’intégration d’un grand nombre d’opérations à l’intérieur d’un petit volume. A terme, une puce de seulement quelques centimètres carrés associée à une machine aussi petite qu’un ordinateur permettra de faire des analyses comparables à celles réalisées dans des laboratoires analytiques entiers. Les diagnostics utilisant les laboratoires sur puce nécessiteront beaucoup moins de manipulations manuelles et d’opérations complexes et dans la plupart des cas, ils pourront être réalisés sur place par une infirmière.

Réduction des erreurs humaines: Puisqu’il réduira fortement des erreurs de manipulation humaine, le diagnostic automatique réalisé en utilisant un laboratoire sur puce diminuera le risque d’erreur humaine en comparaison avec les procédés d’analyse classiques réalisés en laboratoires.

Temps de réponse et diagnostic plus rapide: A l’échelle micrométrique la diffusion de produits chimiques, la commutation de flux et la diffusion de chaleur est plus rapide. On peut changer la température en centaines de millisecondes (ce qui permet, par exemple une amplification ADN plus rapide en utilisant la PCR) ou le mélange de produits chimiques par diffusion en secondes (pour permettre des réactions biochimiques plus rapides par exemple).

Faible volume des échantillons: Parce que les systèmes de laboratoires sur puce nécessitent seulement une petite quantité de sang pour chaque analyse, cette technologie diminuera le coût des analyses en réduisant l’utilisation de produits chimiques chers. Dernier point mais non le moindre, elle permettra de détecter un grand nombre de maladies sans exiger de grandes quantités de sang des patients.

Contrôle de processus et monitoring en temps réel accroît la sensibilité: Grâce à la forte réactivité à l’échelle microscopique, on peut contrôler l’environnement d’une réaction chimique en temps réel, ce qui conduit à des résultats plus contrôlés.

Consommables: Du fait de leur faible prix, de l’automation et de la faible consommation d’énergie les équipements de laboratoires sur puce seront également aptes à être utilisés dans des environnements extérieurs pour la surveillance de l’air et de l’eau sans besoin d’une intervention humaine.

Partage de la santé avec tout le monde: Les laboratoires sur puce réduiront les frais de diagnostic, la formation du personnel médical et le coût de l’infrastructure. Ainsi, la technologie des laboratoires sur puce rendra la médecine moderne plus accessible aux pays en développement, à des coûts raisonnables [6].

En une phrase: On peut manifestement s’attendre à ce que les laboratoires sur puce sauvent de nombreuses vies.

Les limitations des laboratoires sur puce comparés aux technologies conventionnelles

Industrialisation: La plupart des technologies de laboratoires sur puce ne sont pas encore prêtes à être industrialisées. En ce qui concerne son utilisation majeure, le diagnostic ultra multiplexe, on ignore encore à l’heure actuelle quelles technologies de fabrication deviendront la norme.

Rapport signal/bruit: Pour certaines utilisations, la miniaturisation accentue le rapport signal/bruit et par conséquent, les laboratoires sur puce fournissent des résultats moins  précis que les techniques conventionnelles.

Ethique et comportement humain: En l’absence de législation, le traitement en temps réel et l’accessibilité largement répandue pourrait générer des craintes de la part d’un public novice diagnostiquant des infections potentielles à la maison. De plus le potentiel de séquençage ADN d’un laboratoire sur puce pourrait permettre à tous de séquencer l’ADN des autres en utilisant une goutte de salive.

laboratoires sur puce 2015 - revue historique et futur - équipement de controle de fluxLes laboratoires sur puce requièrent des systèmes périphériques pour fonctionner: Même si les systèmes de laboratoires sur puce peuvent être petits et puissants, ils nécessitent un équipement spécifique comme des systèmes de contrôle des flux ou électroniques pour être en mesure de fonctionner correctement. En l’absence d’un système précis pour injecter, séparer et contrôler le positionnement des échantillons, les laboratoires sur puce sont sans utilité. Des équipements externes augmentent la taille finale et le coût du système tout entier et certains d’entre eux, particulièrement l’équipement de contrôle des flux, peut souvent poser des limitations aux performances des laboratoires sur puce.

Les laboratoires sur puce: challenges & recherches actuels

Il serait long d’énumérer toutes les recherches actuelles en cours sur les laboratoires sur puce. Il suffit de dire que la recherche contemporaine sur les laboratoires sur puce se focalise sur 3 aspects principaux :

– L’industrialisation des technologies de laboratoires sur puce pour les préparer à la commercialisation. Cela inclut l’adaptation des processus de fabrication, le design des surfaces de traitement spécifiques, les systèmes de contrôle des flux etc.

– L’augmentation dans le/du nombre maximum d’opérations biologiques aptes à être intégrées dans la même puce et l’augmentation dans la parallélisation pour réaliser la détection de centaines de pathogènes dans la même capsule microfluidique.

– La recherche fondamentale sur certaines technologies à fort potentiel d’impact comme la lecture ADN à travers de nanopores, ce qui nécessite davantage d’études avant de pouvoir être utilisable.

Beaucoup de recherches sont menées sur l’augmentation de la facilité d’utilisation des laboratoires sur puce. Quelques exemples incluent l’utilisation des fonctions basiques d’un laboratoire sur puce à l’aide d’un smartphone [2] pour les analyses du cholestérol [3], la bio détection sans marqueurs [4]  ou les tests Elisa [5]. ( Figure 2: de [2]: Lab Chip, 2014, 14, 3159 )

laboratoires sur puce 2015 - revue historique et futur - technologie smartphone

Il existe également de nombreuses recherches menées pour améliorer les technologies actuelles pour des utilisations données dont la séparation des cellules [7], le séquençage ADN à travers des nanopores, de la micro qPCR et des microréacteurs. Dans le cas de la micro PCR, qui est l’une des technologies les plus prometteuses pour les futurs diagnostics à haut débit, la recherche se concentre principalement sur le fait de favoriser une haute parallélisation par le biais d’une multiplication des chambres à PCR, l’utilisation de la microfluidique digitale pour réaliser de la PCR dans des micro gouttelettes et se servir des dernières avancées en biologie moléculaire pour faire de la PCR simultanée dans le même mélange. La recherche se concentre aussi fortement sur le fait d’accéder à des niveaux de détection plus bas et d’augmenter l’efficacité de la PCR tout en réduisant les faux positifs et faux négatifs.

Aujourd’hui, certains laboratoires sur puce sont déjà commercialisés pour des utilisations ciblées telles que la surveillance du glucose ou la détection de pathologies spécifiques. Dans un futur proche on peut s’attendre à ce que les laboratoires sur puce soient largement employés partout dans les hôpitaux et pour finir, dans les bureaux des praticiens. Plus tard, on peut s’attendre à ce que les technologies de laboratoires sur puce soient en mesure de fournir un monitoring de la santé en temps réel à la maison. C’est pourquoi les gouvernements et les entreprises investissent de plus en plus dans les laboratoires sur puce puisqu’il apparaît désormais évident que ces technologies changeront nos vies quotidiennes.

Comment les laboratoires sur puce peuvent changer notre vision de la médecine

laboratoires sur puce 2015 - revue historique et futur - médecineDans un futur proche les équipements à laboratoires sur puce, avec leur capacité à réaliser des diagnostics complets sur un patient durant le temps de la consultation, changeront notre mode de pratique de la médecine. Les diagnostics seront effectués par un personnel moins qualifié permettant ainsi aux docteurs de se focaliser uniquement sur le traitement. Les diagnostics en temps réel  augmenteront les chances de survie des patients admis aux services des urgences et permettront d’administrer le traitement approprié à chaque patient. Un diagnostic complet réduira considérablement l’antibiorésistance qui est à l’heure actuelle l’un des plus gros challenges de la décennie.  L’aptitude à opérer des diagnostics à bas coûts va aussi systématiquement modifier notre manière de percevoir la médecine et ainsi nous permettre de détecter les maladies à un stade plus précoce et de les traiter aussi tôt que possible. Dans les pays en développement, les laboratoires sur puce permettront aux professionnels de la santé d’ouvrir les diagnostics à une plus large population et d’administrer les soins appropriés aux personnes qui en ont vraiment besoin  sans avoir recours à des médicaments rares et coûteux.

Laboratoire sur puce: Conclusions et perspectives

laboratoires sur puce 2015 - revue historique et futur - puce microfluidiqueEn observant les recherches récentes et les produits arrivant sur le marché, on peut désormais être certains que les laboratoires sur puce changeront
prochainement la manière dont nous établissons les diagnostics. Plusieurs laboratoires sur puce sont déjà commercialisés pour quelques utilisations phares comme la surveillance du glucose, la détection du VIH ou les diagnostics d’attaques cardiaques. Le défi pour la recherche industrielle sera d’incorporer dans le même laboratoire sur puce la quantité maximum d’opérations individuelles pour réduire les coûts et augmenter l’ergonomie et la vitesse de diagnostic. Pour l’instant, les technologies ne sont pas encore unifiées et personne ne peut dire quelles technologies et quels matériaux seront les plus prometteurs pour un diagnostic à haut débit. Les réponses à ces questions dépendront du potentiel technologique mais aussi peut-être des points de vue industriel et économique en ce qui concerne la synergie avec les systèmes déjà installés comme le micro-usinage du silicium.

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Références utilisées pour cette revue sur  les laboratoires sur puce

[1] Lab-on-chip technologies: making a microfluidic network and coupling it into a complete microsystem—a review, P Abgrall and A-M Gue, J. Micromech. Microeng. 17 (2007) R15–R49.

[2] Lab Chip. 2014 Sep 7;14(17):3159-64. doi: 10.1039/c4lc00142g., Smartphone technology can be transformative to the deployment of lab-on-chip diagnostics., Erickson D, O’Dell D, Jiang L, Oncescu V, Gumus A, Lee S, Mancuso M, Mehta S.

[3]: Cholesterol testing on a smartphone, Vlad Oncescu,a Matthew Mancusob and  David Erickson, Lab Chip, 2014,14, 759-763.

[4]: Label-free biodetection using a smartphone, Dustin Gallegos, Kenneth D. Long,  Hojeong Yu,   Peter P. Clark,c  Yixiao Lin, Sherine George,   Pabitra Natha and Brian T. Cunningham ,Lab Chip, 2013,13, 2124-2132.

[5]: Smartphone-interfaced lab-on-a-chip devices for field-deployable enzyme-linked immunosorbent assay, Arnold Chen, Royal Wang, Candace R. S. Bever, Siyuan Xing, Bruce D. Hammock and Tingrui Pan. Biomicrofluidics 8, 064101 (2014).

[6]: http://www.ibtimes.co.uk/hiv-syphilis-can-be-detected-minutes-using-cheap-lab-chip-device-1486677

[7]: Lab-on-a-chip for continuous-flow magnetic cell separation, M Hejazian, W Li, NT Nguyen – Lab-on-a-chip, 2015.

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Pour plus de tutoriaux sur la microfluidique, vous pouvez consulter les autres tutoriaux ici: «Microfluidics tutorials». Les photos de cet article proviennent de la banque de données Elveflow® et de Wikipédia sauf si mentionné. Article écrit par Guilhem Velvé Casquillas et Timothée Houssin et révisé par Lauren Durieux.