La microfluidique c’est quoi?
La microfluidique est une discipline scientifique et une technologie qui manipule des fluides à l’échelle micrométrique, dans des canaux ou dispositifs miniaturisés. Elle exploite des phénomènes physiques comme la capillarité ou les forces de surface, dominants à cette échelle, pour contrôler précisément des volumes infimes de liquides ou de gaz. Ses applications sont vastes : diagnostics médicaux rapides (tests sur puce), en biologique (NGS, analyse cellulaire, criblage de médicaments), chimie (synthèse de molécules), ou encore ingénierie (capteurs, laboratoires portables). Grâce à sa capacité à automatiser et paralléliser des analyses, elle révolutionne des domaines comme la santé, l’environnement ou l’industrie. Les technologies microfluidiques, souvent intégrées dans des laboratoires sur puce (Lab-on-a-Chip), permettent des analyses plus rapides, moins coûteuses et plus précises qu’en laboratoire traditionnel.
Une puce de microfluidique
Les origines de la microfluidique remontent aux années 1950-1960, avec les premières études sur les microcanaux pour l’électronique et les systèmes de refroidissement notamment dans le domaine spatial. Dans les années 1980, l’invention des micropompes et microvalves (notamment par des chercheurs comme Stephen Terry) marque un tournant, permettant de manipuler des fluides à micro-échelle. Les années 1990 voient l’essor des laboratoires sur puce (Lab-on-a-Chip), popularisés par les travaux de George Whitesides sur les microcanaux en PDMS (polydiméthylsiloxane), révolutionnant la biologie et la chimie. Depuis les années 2000, la microfluidique s’étend à la médecine (diagnostics rapides), à l’industrie (impression 3D de fluides), et même à l’organs-on-chip (applications médicales), avec des applications toujours plus innovantes.
Un canal de microfluidique
La microfluidique appliquée aux plantes
La microfluidique appliquée aux plantes est un domaine émergent qui utilise des dispositifs miniaturisés pour étudier et manipuler les processus biologiques végétaux à l’échelle cellulaire ou tissulaire. Elle permet, par exemple, d’analyser en temps réel la circulation de la sève, les réactions aux stress environnementaux (sécheresse, pathogènes) ou l’absorption de nutriments grâce à des puces microfluidiques mimant les tissus végétaux. Ces outils facilitent aussi l’étude des interactions racinaires avec les micro-organismes du sol ou le criblage de molécules pour une agriculture plus durable. Enfin, des systèmes microfluidiques sont développés pour la culture in vitro de cellules végétales, ouvrant des perspectives en biotechnologie et en amélioration des cultures.
La microfluidique au sein de la plateforme Bordeaux Métabolome
Le projet ambitieux d’implanter un laboratoire de microfluidique au sein de la plateforme porte sur l’études des enzymes du métabolisme central chez les plantes afin d’enrichir des modèles prédictifs utilisés dans la biologie des systèmes. La microfluidique permet de multiplexer les conditions dans lesquelles ces enzymes sont étudiées, notamment en faisant varier leur interaction avec différents substrats, inhibiteurs ou effecteurs, afin de se rapprocher au mieux des conditions du vivant. Chaque gouttelette produite à haut débit dans les puces se comportant comme un micro-réacteur dans laquelle les réactions biochimiques sont observées grâce à l’émission de fluorescence.
Des gouttelettes marquées
Rapidement, d’autres applications ont émergé comme le tri de particules marqués en utilisant des microcanaux et des champs électriques pour séparer les gouttelettes en fonction de leur fluorescence.
Un autre projet en collaboration consiste à coupler le tri de particules par microfluidique à la spectrométrie de masse.
Les équipements
- Deux systèmes d’observation montés sur microscopes inversés Olympus (sources lumière LED SpectraX et LedHub, caméra fluorescence et ultra rapide, pousse seringue Cetoni et contrôleurs de flux Fluigent)
- Une salle blanche équipée pour la réalisation de puces microfluidiques (spin coater, four plasma, système de photolithographie laser KLOE Dilase 650)
- Une imprimante 3D haute résolution KLOE Dilase 3D
Images: © Bordeaux Metabolome, INRAE/CNRS/Université de Bordeaux — CC BY 4.0.