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Recherche au collégial

Conception de biocapteurs ultraminiaturisés

Développer des biocapteurs ultraminiaturisés pour détecter et étudier différentes molécules biologiques.

En sa qualité de maison d’enseignement supérieur, le Cégep de Saint-Jérôme (CSTJ) travaille d’arrache-pied à l’avancement et au transfert des savoirs dans le but d’enrichir les connaissances transmises, mais aussi de favoriser l’innovation. Grâce à ses équipes de recherche, il contribue à trouver des solutions audacieuses qui font avancer la science tout en faisant participer sa communauté étudiante à un premier rendez-vous avec le monde de la recherche.

C’est le cas de Sébastien Côté, enseignant de physique au CSTJ et chercheur invité au Département de physique de l’Université de Montréal. L’enseignant et chercheur participe avec Delphine Bouilly, professeure adjointe et chercheuse principale à l’Institut de recherche en immunologie et en cancérologie de l’Université de Montréal et son équipe à un projet portant sur la bionanoélectronique.

L’objectif du projet consiste à concevoir des biocapteurs ultraminiaturisés permettant de détecter et d’étudier différentes molécules biologiques (ADN et protéines). À terme, ces biocapteurs pourront être intégrés dans des plateformes d’analyses biomédicales afin de détecter des biomarqueurs associés à des maladies telles que le cancer. L’expertise de M. Côté porte plus particulièrement sur la mise en place de modèles permettant de déterminer précisément les interactions entre les différentes molécules biologiques et les capteurs développés par la professeure Bouilly.

De la théorie à la pratique

Les biocapteurs développés sont des puces électroniques miniatures au cœur desquelles se trouvent des nanotubes de carbone, soit un fil nanométrique creux où les électrons se déplacent de façon unidirectionnelle. Grâce à cette propriété unique, le courant électrique traversant le nanotube devient extrêmement sensible aux molécules biologiques à sa proximité, ce qui en fait un matériau idéal pour les détecter. Le défi actuel est d’optimiser la sélectivité de même que la sensibilité de ces capteurs.

Afin que les nanotubes de carbone soient sélectifs, ils doivent être recouverts d’un autre composant qui servira à bien cibler la molécule à détecter (protéine, acides nucléiques, etc.). Or, de nombreuses possibilités existent pour rendre le nanotube sélectif, et il n’est pas facile, de prime abord, d’établir la stratégie qui produira des capteurs ayant une sensibilité optimale.

Biomolécule

C’est ici qu’entrent en jeu les simulations par ordinateur de M. Côté réalisées à partir de modèles physicochimiques. Elles dévoilent les interactions au cœur du fonctionnement de ces biocapteurs, soit celles entre les molécules biologiques et le nanotube de carbone. Il devient ainsi possible de prédire la réponse du biocapteur, puis de déterminer les choix de conception qui produisent une sensibilité de détection optimale. Ces résultats sont ensuite transférés directement en laboratoire pour guider la fabrication de biocapteurs, rendant ainsi leur processus de développement plus rapide.

Des collaborations à l’international

Après une première subvention sur trois ans du Fonds de recherche du Québec – Nature et technologie (FRQNT), M. Côté s’est vu octroyer une nouvelle subvention du même fonds pour poursuivre le projet de recherche. L’équipe collabore présentement avec deux groupes de recherche du Royaume-Uni qui travaillent au développement d’un biocapteur formé de nanotubes de carbone servant à détecter la présence de protéines associées à la résistance aux antimicrobiens. Les simulations réalisées par Sébastien Côté ont en effet permis d’expliquer les mesures en laboratoire sur le biocapteur en quantifiant ce qui se passe du point de vue atomique, démontrant ainsi la validité de l’approche adoptée. D’ailleurs, M. Côté a été invité au congrès organisé par « The Electrochemical Society » (ECS) qui s’est tenu du 29 mai au 2 juin dernier à Vancouver.

À cette occasion, il a présenté les résultats du projet de recherche et leur plus récente publication « The molecular origin of the electrostatic gating of single-molecule field-effect biosensors investigated by molecular dynamics simulations » qui s’est retrouvée dans la collection 2022 des « Hot articles » de la revue Physical Chemistry Chemical Physics (RSC Publishing).

Un premier rendez-vous avec la recherche

Après un baccalauréat en physique à l’Université McGill et un doctorat en biophysique computationnelle à l’Université de Montréal, Sébastien Côté participe maintenant en tant qu’enseignant et chercheur à la mission du Cégep de Saint-Jérôme en permettant à ses étudiants et étudiantes de se former non seulement par la réussite scolaire, mais aussi en multipliant les expériences significatives.

En effet, chaque année depuis le début du projet, deux étudiantes ou étudiants du programme Sciences de la nature ont la possibilité d’être stagiaires pour ainsi parfaire leurs compétences auprès d’une équipe de recherche chevronnée. Financés par MITACS et le FRQNT, ils ont le privilège d’avoir un premier contact avec le monde de la recherche en plus de pouvoir découvrir des technologies de pointe et des domaines souvent peu connus en lien avec leur programme d’études.

Pour en apprendre davantage sur les différents projets de recherches au CSTJ, consultez la section Recherche de notre site Web.

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