Comment les capteurs biologiques révolutionnent-ils la gestion des maladies non transmissibles ?

Les maladies non transmissibles (MNT) constituent la principale cause de décès à l’échelle mondiale et représentent l'un des plus grands défis de santé publique du XXIe siècle. En 2016, selon l'Organisation mondiale de la santé (OMS), les MNT ont causé 71% des décès mondiaux, soit environ 41 millions de personnes sur les 57 millions de décès totaux cette année-là. Les maladies cardiovasculaires, responsables de 17,9 millions de morts, figurent parmi les premières causes de mortalité, suivies par le cancer, les maladies respiratoires chroniques et le diabète.

L’un des principaux obstacles à la gestion efficace de ces maladies réside dans la capacité à fournir un diagnostic rapide et précis, ainsi qu’une surveillance continue de l’état de santé des patients. À cet égard, les capteurs biologiques, notamment ceux utilisés dans les dispositifs de diagnostic rapide et de surveillance biologique, jouent un rôle fondamental dans l'amélioration de la gestion des MNT. Ces technologies offrent une solution aux défis posés par les méthodes traditionnelles de diagnostic, qui sont souvent coûteuses, complexes et lentes.

Les biosenseurs, qui sont des dispositifs capables de détecter des substances biologiques spécifiques, ont fait des progrès considérables ces dernières années. Leur utilisation dans la gestion des MNT s’est diversifiée, avec des applications allant de la détection des biomarqueurs liés aux maladies cardiaques à la surveillance des niveaux de glucose chez les patients diabétiques. L'un des avantages majeurs de ces technologies est leur capacité à fournir des résultats en temps réel, permettant ainsi une prise en charge rapide et une réduction des risques de complications graves.

Les dispositifs portables, en particulier, représentent une avancée notable dans ce domaine. Grâce à leur portabilité et à leur capacité à être utilisés en continu, ils permettent une surveillance constante des paramètres biologiques du patient, sans nécessiter des visites régulières à l’hôpital. Cette surveillance proactive est essentielle, car elle permet d’identifier rapidement les fluctuations dangereuses dans l’état de santé d'un patient, facilitant ainsi une intervention rapide avant l’apparition de symptômes graves.

Une autre facette importante des biosenseurs est leur précision et leur fiabilité. La qualité des résultats fournis par ces dispositifs dépend de plusieurs facteurs, tels que la conception des capteurs, la méthode de détection utilisée et l'environnement dans lequel les tests sont effectués. De nombreux efforts ont été déployés pour améliorer ces aspects afin de garantir des diagnostics fiables. La miniaturisation des dispositifs et l'intégration des technologies avanc

Comment les techniques de surface ouverte peuvent-elles améliorer la détection biochimique et la microfluidique ?

L’exploitation de surfaces extrêmement non-mouillables permet de concentrer de manière significative les analytes, même dans des échantillons présentant de faibles concentrations. La détection et la mesure peuvent être effectuées à partir de volumes réduits (de 1 à 10 μL). Le fait que le système soit ouvert facilite l’accessibilité et permet de le combiner de manière polyvalente avec diverses approches de sortie de signal. Le substrat peut facilement être préparé en exploitant plusieurs techniques, contrairement aux canaux fermés.

Avant d’explorer davantage les applications de la microfluidique à surface ouverte, il est essentiel de comprendre la physique des différentes étapes de mouillage de la surface. En fonction de la mouillabilité du substrat, la gouttelette soit se répandra, soit restera sphérique. La mouillabilité d’une surface peut être caractérisée en quatre grandes catégories : (a) superhydrophile (0° < θ < 10°), (b) hydrophile (10° < θ < 90°), (c) hydrophobe (90° < θ < 150°), et (d) superhydrophobe (θ ≥ 150°). Cependant, au-delà de l’eau, on utilise également d’autres terminologies, comme "oleo" pour l’huile, "omni" pour l’eau et l’huile, ou encore "hemo" pour le sang.

La mouillabilité d’une gouttelette sur une surface isotrope, chimiquement homogène, rigide et parfaitement plate est décrite par la loi de l'angle de contact de Young. La relation fondamentale est la suivante : cos(θ) = (γ_sv - γ_sl) / γ_lv, où γ_sv, γ_sl et γ_lv sont respectivement les tensions interfaciales entre solide-vapeur, solide-liquide et liquide-vapeur. Toutefois, dans les applications pratiques, les surfaces réelles sont rarement idéales. C’est pourquoi une compréhension des surfaces réelles devient indispensable, et cette compréhension a été bien formulée par Wenzel et Cassie-Baxter.

Lorsque la gouttelette se dépose sur une surface rugueuse, la surface effective sur laquelle elle repose n’est pas équivalente à l'aire plane de la surface, car la rugosité affecte l’angle de contact d'équilibre. Wenzel a formulé une expression pour l'angle de contact modifié, qui prend en compte le facteur de rugosité (r) : cos(θ_w) = r × cos(θ). Ce facteur est le rapport entre la surface réelle (avec rugosité) et la surface plane. De plus, dans le cas d'une surface présentant une hétérogénéité chimique, l'angle de contact modifié peut être décrit par l’équation de Cassie-Baxter.

Les principales techniques de fabrication de surfaces à mouillage extrême comprennent la lithographie, la gravure au plasma, l'assemblage de particules et l'électrodépôt. Chaque méthode présente des avantages et des limitations. Par exemple, la lithographie permet de créer des motifs microscopiques sur des métaux, des plaquettes de silicium et des polymères en utilisant un masque photographique. La gravure au plasma, quant à elle, génère une surface rugueuse à grande échelle, mais avec un contrôle limité sur les structures hiérarchiques. L’assemblage de particules permet de créer des surfaces non-mouillables en déposant des micro/nanoparticules sur un substrat, mais la gestion de la taille et de la forme des particules reste un défi. Enfin, l'électrodépôt est une méthode plus rapide mais moins stable, qui nécessite des substrats conducteurs.

Les substrats peuvent également être modifiés