Un roman, bas

Jun 07, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12084 (2023) Citer cet article

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Détails des métriques

La détection rapide et précise de la charge biologique est devenue de plus en plus nécessaire pour les applications alimentaires, sanitaires, pharmaceutiques et environnementales. Pour détecter la charge biologique avec précision et de manière très sensible, nous avons fabriqué un nouveau dispositif microfluidique avec un filtre intégré pour piéger les cellules. La charge biologique est détectée sur le papier filtre in situ à l'aide de la réaction redox de la résorufine à marqueur fluorescent et un fluoromètre multicanal portable est utilisé pour la mesure de la fluorescence. Le dispositif microfluidique a été fabriqué de manière simple, peu coûteuse et rapide avec une liaison thermiquement assistée induite par micro-ondes. Pour caractériser la qualité de liaison des cassettes microfluidiques, différents tests ont été effectués et le matériau et la taille du papier filtre ont été optimisés. Des échantillons bactériens primaires de culture de Bacillus subtilis ont été filtrés à travers l'appareil pour valider et étudier les paramètres de performance. Nos résultats montrent qu'une limite de détection (LOD) de 0,037 CFU/mL peut être atteinte grâce à ce dispositif microfluidique alors que la LOD dans une cassette microfluidique normale dans le fluoromètre et le spectrophotomètre Golden Standard est respectivement de 0,378 et 0,128 CFU/mL. Les résultats montrent qu'une amélioration de la LOD de trois à dix fois est possible grâce à cette cassette microfluidique et qu'une détection plus sensible est possible en fonction du volume filtré dans un délai rapide de 3 minutes. Ce nouveau dispositif microfluidique ainsi que le fluoromètre peuvent être utilisés comme un outil portable rapide pour une détection bactérienne hautement sensible, précise et à haut débit pour différentes applications.

Des millions de personnes tombent malades et meurent chaque année à cause de la contamination de la nourriture, de l’eau ou des médicaments1. Une charge mondiale de morbidité de 45 % est attribuée à la charge biologique, selon l'Organisation mondiale de la santé2. Dans la fabrication de produits biopharmaceutiques, la contamination associée à la charge biologique constitue également une préoccupation majeure3. En conséquence, les dispositifs de diagnostic sont devenus de plus en plus importants pour identifier les bactéries et leur sensibilité aux antibiotiques4,5. Pour la détection des biocharges, il existe de nombreuses méthodes d’analyse disponibles : bioluminescence de l’adénosine triphosphate6, cytométrie en flux7, amplification des acides nucléiques8, respiration7, méthodes d’impédance8 et détection d’anticorps7, pour n’en citer que quelques-unes. La plupart des techniques de détection nécessitent un temps de détection relativement long (3 h à 7 jours)9. De plus, lorsque les taux de détection sont suffisamment rapides, le coût et la sensibilité deviennent des limites10,11,12. Actuellement, les tests de viabilité cellulaire sont souvent utilisés dans le développement de médicaments pour étudier les facteurs de croissance, les cytokines et les agents cytotoxiques capables de détecter rapidement les cellules et bactéries viables. Ces dernières années, la résazurine a été utilisée dans les mesures de viabilité cellulaire pour mesurer l'oxydo-réduction d'un échantillon donné. Pour détecter la charge biologique rapidement et de manière sensible, notre étude précédente13 a démontré l'utilisation d'un fluoromètre portable alimenté par USB pour détecter les cellules viables dans un échantillon donné, sur la base de la détection de résorufine à haut rendement quantique à partir de la résazurine. Dans ce système peu coûteux, la pente de l’intensité de fluorescence a servi de critère pour détecter la charge biologique. Les cellules viables ont été surveillées à l’aide du colorant indicateur rédox résazurine. L'échantillon étudié a été enrichi de résazurine et chargé dans une cassette microfluidique de conception spéciale et le taux de transformation de la résazurine en résorufine a été observé via le fluoromètre. Pour détecter la charge biologique avec une sensibilité plus élevée, un nouveau dispositif microfluidique avec un filtre intégré pour la filtration et la détection automatisées est introduit dans cette étude avec le fluoromètre et le test rapportés.

La microfluidique est devenue une technologie puissante au cours des dernières décennies et a trouvé des applications dans plusieurs domaines de recherche de pointe, notamment la chimie analytique14, les produits pharmaceutiques15, la synthèse de produits chimiques16 et les applications cliniques17,18. Les technologies microfluidiques ont également été récemment appliquées aux études sur les micro-organismes. Les dispositifs microfluidiques à micro-échelle et intégrés à grande échelle offrent de nombreux avantages particuliers, notamment un faible coût, un débit plus élevé et une efficacité plus élevée dans l’analyse des micro-organismes19,20,21,22,23 et la persistance des antibiotiques24. Les développements récents en microfluidique utilisent également le papier filtre comme moyen de piéger et de détection des bactéries et deviennent populaires en raison de leur faible coût, de leur facilité d'accès, de traitement, de modification et d'élimination25,26. Cependant, les dispositifs microfluidiques sur papier signalés ont une limite de détection (LOD) très élevée allant de 57 à 500 CFU/mL et une faible précision27,28,29,30. Les dispositifs nécessitent souvent des modifications complexes, à savoir la fonctionnalisation des anticorps, l'immobilisation des nanoparticules et le durcissement aux UV des motifs sur le papier filtre pour la détection27,28,29,30. De plus, les dispositifs sont souvent spécifiques à une certaine souche de détection bactérienne en raison de certaines fonctionnalisations d'anticorps27,28,29,30. Ces inconvénients empêchent l’utilisation généralisée des dispositifs microfluidiques à base de papier filtre, rapides, faciles et peu coûteux, dans la détection bactérienne, en particulier dans les applications sur le terrain.