Par procédé électrochimique, il est possible de produire de fines couches de polymères sur des électrodes. Biocompatibles, ces polymères fixent durablement des neurones, des enzymes ou des molécules avant d’être intégrés à des microsystèmes. Un processus découvert voilà près de quinze ans à l’université de Franche-Comté, et dont les propriétés génèrent toujours différentes applications scientifiques.

Synthétiser des polymères isolants par électrochimie, voilà qui semble antinomique. Pourtant, c’est bien cette possibilité qu’a découverte Guillaume Herlem, chercheur en physique-chimie à l’Institut FEMTO-ST, lors de la préparation de sa thèse en 1997 et pour laquelle il a remporté le prix ANVAR (aujourd’hui OSÉO) et déposé à l’époque un brevet.

Son travail a porté sur l’électropolymérisation de molécules particulières, des polyamines aliphatiques, réputées pour leur caractère isolant. Le principe est d’utiliser certaines amines liquides, jouant le rôle de solvant et de monomère, et de former un polymère à la surface d’une électrode.

Ces polymères, dont l’épaisseur se mesure en centaines de nanomètres, contenant des amines, sont biocompatibles. Ils peuvent fixer, même en milieu liquide, d’autres molécules ou encore des enzymes, et les maintenir vivantes le plus longtemps possible.

L’ensemble électrode de carbone, polymère et protéine est introduit dans un microsystème équipé de capteur. Dans une application en médecine, il est possible d’envisager la détection du diabète grâce à ce type de système non invasif. L’enzyme greffée sur le polymère détruit les sucres directement sur la peau du patient, permettant leur mesure par électrochimie, physicochimie ou optique.

Une nouvelle version du bionez

Selon le même principe, l’équipe Biophotonique de l’Institut FEMTO-ST, menée par Tijani Gharbi, a ensuite réussi le greffage de cellules olfactives de souris sur un substrat recouvert d’un polymère biocompatible. L’activité de ces neurones est mesurée par fluorescence grâce à une fibre optique placée à son voisinage. C’est le schéma de fonctionnement du bionez, un capteur miniature permettant de détecter des familles d’odeurs et de les analyser.

L’emploi des neurones pose cependant très vite ses limites : une durée de vie de huit à quinze jours, une substance sensible aux infections microbiennes. Pour pallier ces défauts, les chercheurs travaillent désormais sur des protéines transmembranaires ou OBP — Odorant Binding Protein —, dont la découverte a été couronnée par le prix Nobel de médecine en 2004. Très stables, ces molécules forment une sorte de calice dans lequel se dépose une molécule odorante dont elles assurent le transport.

Toujours selon le même schéma, l’OBP est fixée sur un polymère, au sein d’un microsystème équipé d’un capteur optoélectronique. Les familles d’odeurs sont piégées et analysées ; des traces de molécules suffisent à les identifier. Ces travaux sont réalisés en collaboration avec Loïc Briand, directeur de recherches à l’INRA de Dijon et spécialiste des OBP.

La poursuite des recherches s’effectue sur la possibilité de modifier l’intérieur du calice de l’OBP pour le rendre sensible à une odeur unique. C’est là le bionez le plus performant que l’on puisse imaginer.