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FR3057354A1 - Procede de concentration d’analytes - Google Patents

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FR3057354A1
FR3057354A1 FR1659705A FR1659705A FR3057354A1 FR 3057354 A1 FR3057354 A1 FR 3057354A1 FR 1659705 A FR1659705 A FR 1659705A FR 1659705 A FR1659705 A FR 1659705A FR 3057354 A1 FR3057354 A1 FR 3057354A1
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FR
France
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phase
analyte
drop
substrate
concentrating
Prior art date
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Withdrawn
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FR1659705A
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English (en)
Inventor
Florent Malloggi
Kiarach MESBAH
Sarah Bregant
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Priority to US16/339,887 priority patent/US11402307B2/en
Priority to EP17792118.6A priority patent/EP3523623A2/fr
Priority to PCT/FR2017/052748 priority patent/WO2018065741A2/fr
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Abstract

La présente invention concerne un procédé de concentration d'au moins un analyte (11) comprenant les étapes suivantes : - la préparation d'une première phase (1) comprenant au moins un analyte (11) ; - le dépôt d'une goutte de ladite première phase (1) sur un substrat (2) ; - le dépôt sur ladite goutte de première phase (1) d'une goutte d'une seconde phase (4) liquide comprenant au moins un tensioactif (41), ladite seconde phase (4) étant non miscible avec ladite première phase (1) ; - l'évaporation de la goutte de la seconde phase (4) ; et - l'évaporation de la goutte de la première phase (1). La présente invention concerne également un procédé de détection d'au moins un analyte (11) mettant en œuvre ledit procédé de concentration ; et un système mettant en œuvre ledit procédé de détection.

Description

Titulaire(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES (CEA).
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : ICOSA.
PROCEDE DE CONCENTRATION D'ANALYTES.
FR 3 057 354 - A1
La présente invention concerne un procédé de concentration d'au moins un analyte (11) comprenant les étapes suivantes:
- la préparation d'une première phase (1 ) comprenant au moins un analyte (11);
- le dépôt d'une goutte de ladite première phase (1 ) sur un substrat (2);
- le dépôt sur ladite goutte de première phase (1) d'une goutte d'une seconde phase (4) liquide comprenant au moins un tensioactif (41), ladite seconde phase (4) étant non miscible avec ladite première phase (1);
- l'évaporation de la goutte de la seconde phase (4); et
- l'évaporation de la goutte de la première phase (1).
La présente invention concerne également un procédé de détection d'au moins un analyte (11) mettant en oeuvre ledit procédé de concentration; et un système mettant en oeuvre ledit procédé de détection.
PROCÉDÉ DE CONCENTRATION D’ANALYTES
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne les domaines de la biologie et du diagnostic. En particulier, la présente invention concerne un procédé de concentration d’analytes.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
La majorité des techniques d’analyse utilisées pour la détection d’analytes en solution consiste à déposer une goutte de faible volume d’une solution contenant des analytes sur un substrat adéquat à la technique d’analyse souhaitée. L’évaporation de la goutte entraîne une répartition des analytes sur toute la surface de contact entre la goutte et le substrat, menant à ce que l’on appelle communément « l’effet tâche de café ». En effet, lors de l’évaporation de la goutte, des écoulements se produisent spontanément du fait d’une évaporation non uniforme le long de l’interface. « L’effet tâche de café » est un phénomène physique qui se produit lorsqu’une suspension colloïdale s’évapore sur un substrat solide (Deegan et al., Nature, 1997, 389, 827-829) : le matériau en suspension est déposé préférentiellement au niveau de la ligne de contact entre la goutte et le substrat formant ainsi un anneau de dépôt. Dans le cas de solutions d’analytes peu concentrées, leurs détections et leurs identifications sont rendues difficiles par cette répartition des analytes au niveau de la ligne de contact entre la goutte et le substrat et sont alors limitées par la sensibilité des outils analytiques. De plus, pour une analyse efficace et de haute qualité, les dépôts doivent être homogènes et reproductibles d’une goutte à l’autre.
H est connu d’avoir recours à une méthode d’électromouillage afin d’inhiber « l’effet tâche de café » en empêchant l’ancrage de la ligne de contact de la goutte sur le substrat. Par exemple, le document EP 2388568 décrit un dispositif de traitement de gouttes composé d’un substrat comprenant deux électrodes interdigitales embarquées dans ledit substrat. Lors de l’application d’un courant alternatif, la ligne de contact entre la goutte et le substrat est maintenue en mouvement. Au cours du séchage de la goutte, l’analyte ne peut donc pas se répartir sur la ligne de contact et se concentre. Cependant, ce type de dispositif est complexe et nécessite rutilisation d’un substrat particulier équipé d’électrodes.
H est également connu de l’homme du métier que « l’effet tâche de café » disparaît lorsque des écoulements de Marangoni sont produits dans la goutte (Deegan et al., Physical Review E, 2000, 61, 475-485). Ces écoulements interviennent dès lors qu’il y a un gradient de tension de surface le long de l’interface de la goutte, le fluide s’écoule alors depuis les régions de plus faible tension de surface vers les régions de plus grande tension de surface. Les recirculations alors engendrées par les écoulements de Marangoni au sein de la goutte permettent de concentrer des espèces de toutes natures et de toutes tailles (cristaux, biomolécules, peptides, protéines, nanoparticules ou microparticules) présentes dans l’échantillon. Ces écoulements peuvent être activés par différents mécanismes, notamment par effet thermocapillaire, c’est-à-dire l’application d’un gradient de température qui entraîne un gradient de tension de surface. H est connu que pour des substrats de très faible conductivité thermique les écoulements de Marangoni se font depuis la ligne de contact vers le centre de la goutte. Le document US 2015/0118696 décrit un dispositif diagnostic mettant en œuvre ce mécanisme et permettant de concentrer des analytes supportés sur des particules micrométriques. Cependant, un tel dispositif nécessite un couple liquide/substrat particulier, à savoir que la conductivité thermique du substrat doit être 1,6 fois plus faible que celle du liquide. Le choix du liquide contenant les analytes à étudier et du substrat utilisé est donc limité à un nombre restreint de couples potentiels.
Une autre méthode pour créer des écoulements de Marangoni consiste à créer un gradient de concentration de tensioactifs qui génère un gradient de tension de surface. Il est connu que le mélange d’une suspension colloïdale avec un tensioactif permet d’induire un effet solutocapillaire qui permet de concentrer les analytes au centre de la zone de dépôt (Deegan et al., Physical Review E, 2000, 61,475-485). Cependant, cette méthode entraîne une pollution de la solution d’analytes par les tensioactifs et ne facilite donc pas leur détection.
L’objet de la présente invention est donc de fournir un procédé de concentration d’analytes permettant un dépôt homogène, reproductible, sans pollution desdits analytes et sur tous types de substrat afin de permettre la détection de concentrations en analytes plus faibles que celle permise par les méthodes classiques.
RÉSUMÉ
L’invention concerne un procédé de concentration d’au moins un analyte comprenant les étapes suivantes :
la préparation d’une première phase comprenant au moins un analyte ; le dépôt d’une goutte de ladite première phase sur un substrat ; le dépôt sur ladite goutte de première phase d’une goutte d’une seconde phase liquide comprenant au moins un tensioactif, ladite seconde phase étant non miscible avec ladite première phase ;
l’évaporation de la goutte de la seconde phase ; et l’évaporation de la goutte de la première phase.
Dans un mode de réalisation, le au moins un tensioactif est non miscible avec la première phase. Dans un mode de réalisation, le au moins un tensioactif est non volatil. Dans un mode de réalisation, le au moins un tensioactif non volatil est fluoré, sélectionné parmi les tensioactifs suivants, mais sans y être limité : 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro-l-octanol ; 1H, lH-perfluoro-l-tetradécanol ; acide perfluorodecanoïque ; 2-(Perfluorooctyl) alcool éthylique ; 2,2,3,3,4,4,4,4-heptafluoro-l-butanol ; ou bien un composé de la même famille. Dans un mode de réalisation, la première phase ne comprend pas de tensioactif. Dans un mode de réalisation, la première phase est une solution aqueuse. Dans un mode de réalisation, la seconde phase est une huile volatile. Dans un mode de réalisation, l’huile volatile est une huile fluorée, de préférence de type CnL2n+2 ou CnF2n+iOCn’H2n’+i ou bien un mélange.
L’invention concerne également un procédé de détection d’au moins un analyte comprenant :
au moins une étape de concentration d’au moins un analyte mettant en œuvre le procédé de concentration selon la présente invention ; et la détection du au moins un analyte concentré par une méthode d’analyse physico-chimique ou biologique.
Dans un mode de réalisation, les étapes de concentration d’au moins un analyte telles que définies dans la présente invention peuvent être répétées plusieurs fois avec le même au moins un analyte avant la détection dudit au moins un analyte. Dans un mode de réalisation, le substrat comprend une pluralité de puits chacun de dimensions configurées pour recevoir une pluralité de gouttes de la première phase et de la seconde phase.
L’invention concerne également un système mettant en œuvre le procédé de détection d’au moins un analyte selon la présente invention comprenant :
un dispositif microfluidique configuré pour déposer au moins une goutte de la première phase et de la seconde phase sur un substrat ;
un substrat, ledit substrat étant une plaque comprenant une pluralité de puits chacun de dimensions configurées pour recevoir une pluralité de gouttes de la première phase et de la seconde phase ;
un moyen de déplacement du substrat configuré pour déplacer ledit substrat par rapport au dispositif microfluidique ; et un dispositif de détection physico-chimique ou biologique du au moins un analyte concentré.
DÉFINITIONS
Dans la présente invention, les termes ci-dessous sont définis de la manière suivante :
- « Volatil » concerne un composé qui a une valeur de pression de vapeur saturante de mbar à 500 mbar à 20°C, de préférence de 100 mbar à 500 mbar à 20°C ; et s’évapore à température ambiante et pression atmosphérique.
« Non volatil » concerne un composé qui ne s’évapore pas à température ambiante et pression atmosphérique.
« Tensioactif » concerne une molécule permettant d’abaisser la tension de surface d’une phase liquide.
« Analyte » concerne un composé d’intérêt présent dans un échantillon à analyser. Il peut être de toute nature et de toute taille parmi, sans y être limité : cristaux ; biomolécules ; peptides ; protéines ; nanoparticules ou microparticules.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Selon un premier aspect, la présente invention concerne un procédé de concentration d’au moins un analyte.
Le procédé de concentration d’au moins un analyte comprend les étapes suivantes :
la préparation d’une première phase liquide comprenant au moins un analyte ; le dépôt d’une goutte de ladite première phase sur un substrat ;
le dépôt sur ladite goutte de première phase d’une goutte d’une seconde phase liquide comprenant au moins un tensioactif, ladite seconde phase étant non miscible avec ladite première phase ;
l’évaporation de la goutte de la seconde phase ; et l’évaporation de la goutte de la première phase.
L’évaporation de la goutte de la seconde phase entraîne la concentration d’au moins un tensioactif au niveau de la ligne de contact de la goutte de la première phase sur le substrat. Cette concentration de molécules de tensioactif crée un gradient de tension de surface par effet solutocapillaire. Cela entraîne l’apparition de recirculations engendrées par les écoulements de Marangoni des régions de plus faible tension de surface vers les régions de plus grande tension de surface, c’est-à-dire de la périphérie de la goutte vers l’apex de la goutte. Les analytes sont alors concentrés au centre de la surface initialement occupée par la goutte de la première phase, favorisant leur détection.
Selon un mode de réalisation, la première phase est préparée en mélangeant une solution d’au moins un analyte avec le liquide de la première phase.
Selon un mode de réalisation, la première phase est préparée en mélangeant une solution d’au moins un analyte, ainsi que tout autre composé, hormis un tensioactif, tel qu’une matrice pour MALDI-TOF avec le liquide de la première phase.
Selon un mode de réalisation, la matrice pour MALDI-TOF est sélectionnée parmi les matrices suivantes, mais sans y être limitée : 1,5-diaminonaphtalène ; 2-mercaptobenzothiazole ; 4-aminoquinaldine ; 2-(2-aminoethylamino)-5-nitropyridine ; 2',4',6'-trihydroxyacétophénone ; aminoacridine ; acide a-cyano-4-hydroxycinnamique ou bien un composé de la même famille.
Selon un mode de réalisation, le dépôt des gouttes de la première phase et de la seconde phase est effectué par une pipette ou par un système microfluidique.
Selon un mode de réalisation, les étapes d’évaporation des gouttes de la première phase et de la seconde phase ont lieu à température ambiante et pression atmosphérique.
Selon un mode de réalisation, l’évaporation des gouttes de la première phase et/ou de la seconde phase peut être accélérée par chauffage.
Selon un mode de réalisation, la première phase ne comprend pas de tensioactif. Ce mode de réalisation permet de prévenir une contamination de la première phase par des composés externes tels que des tensioactifs.
Selon un mode de réalisation, la première phase est une solution aqueuse. Dans ce mode de réalisation, la seconde phase non miscible avec la première phase est une huile.
Selon un mode de réalisation, la seconde phase est une huile volatile. Ce mode de réalisation permet une évaporation rapide et homogène de la seconde phase.
Selon un mode de réalisation, la goutte d’huile volatile s’évapore en moins d’une minute.
Selon un mode de réalisation, la durée d’évaporation de la goutte d’huile volatile varie entre 1 et 30 secondes, préférentiellement entre 1 et 10 secondes.
Selon un mode de réalisation, l’huile volatile est une huile fluorée. Elle présente des avantages pour cette application, comme sa valeur de pression de vapeur saturante, sa miscibilité avec les tensioactifs employés, l’absence de contamination après évaporation, ou son inertie chimique vis-à-vis de la solution d’analytes.
Selon un mode de réalisation, l’huile fluorée est de préférence de type CnF2n+2 avec n=6 préférentiellement ou CnF2n+iOCn’H2n’+i avec n=3 ou 4 et n’=l préférentiellement ou bien un mélange.
Selon un mode de réalisation, le au moins un tensioactif n’est pas miscible avec la première phase. Dans ce mode de réalisation, le au moins un tensioactif est miscible avec la seconde phase. Dans ce mode de réalisation, la contamination de la première phase par des molécules de tensioactifs est empêchée, le bruit sur le signal d’analyse engendré par une telle pollution est donc éliminé et la détection des analytes facilitée.
Selon un mode de réalisation, le au moins un tensioactif est non volatil. Dans ce mode de réalisation, à la suite de l’évaporation de la seconde phase, le tensioactif non volatil se retrouve piégé majoritairement près de la ligne de contact de la goutte de la première phase contenant les analytes sur le substrat sans toutefois y pénétrer car non miscible dans cette dernière. Cette concentration de molécules de tensioactif crée un gradient de tension de surface, et entraîne l’apparition de recirculations engendrées par les écoulements de Marangoni de la périphérie de la goutte vers l’apex de la goutte.
Selon un mode de réalisation, le au moins un tensioactif non volatil est fluoré, sélectionné parmi les tensioactifs suivants, mais sans y être limité : 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro-loctanol ; 1H, lH-perfluoro-l-tetradécanol ; acide perfluorodecanoïque ;
2-(Perfluorooctyl) alcool éthylique ; 2,2,3,3,4,4,4,4-heptafluoro-l-butanol ; ou bien un composé de la même famille.
Selon un mode de réalisation, le substrat est sélectionné parmi, mais sans y être limité : métal ; verre ; silicium ; polymère tel que le polydiméthylsiloxane ; téflon ; acier inoxydable.
Selon un mode de réalisation, la première phase et le substrat ont des caractéristiques d’hydrophobie contraires. Dans ce mode de réalisation, si la première phase est une solution aqueuse, alors le substrat est hydrophobe, et inversement, si la première phase est une phase huileuse, alors le substrat est hydrophile. Ce mode de réalisation permet de prévenir l’étalement de la goutte sur le substrat.
Selon un mode de réalisation, le substrat peut être une plaque de surface lisse ou une plaque comprenant au moins un puits.
Selon un second aspect, l’invention concerne également un procédé de détection d’au moins un analyte.
Le procédé de détection d’au moins un analyte comprend les étapes suivantes :
la préparation d’une première phase liquide comprenant au moins un analyte ; le dépôt d’une goutte de ladite première phase sur un substrat ;
le dépôt sur ladite goutte de première phase d’une goutte d’une seconde phase liquide comprenant au moins un tensioactif, ladite seconde phase étant non miscible avec ladite première phase ;
l’évaporation de la goutte de la seconde phase ; l’évaporation de la goutte de la première phase ; et la détection du au moins un analyte concentré par une méthode d’analyse physico-chimique ou biologique.
Selon un mode de réalisation, les étapes de concentration d’au moins un analyte telles que définies dans le premier aspect de la présente invention peuvent être répétées plusieurs fois avec le même au moins un analyte avant la détection dudit au moins un analyte.
Selon un mode de réalisation, la première phase est préparée en mélangeant une solution d’au moins un analyte avec le liquide de la première phase.
Selon un mode de réalisation, la première phase est préparée en mélangeant une solution d’au moins un analyte, ainsi que tout autre composé, hormis un tensioactif, tel qu’une matrice pour MALDI-TOF avec le liquide de la première phase.
Selon un mode de réalisation, la matrice pour MALDI-TOF est sélectionnée parmi les matrices suivantes, mais sans y être limitée : 1,5-diaminonaphtalène ; 2-mercaptobenzothiazole ; 4-aminoquinaldine ; 2-(2-aminoethylamino)-5-nitropyridine ; 2',4',6'-trihydroxyacétophénone ; aminoacridine ; acide a-cyano-4-hydroxycinnamique ou bien un composé de la même famille.
Selon un mode de réalisation, le dépôt des gouttes de la première et de la seconde phase est effectué, sans y être limité, par une pipette ou un système microfluidique.
Selon un mode de réalisation, les étapes d’évaporation des gouttes de la première et de la seconde phase ont lieu à température ambiante et pression atmosphérique.
Selon un mode de réalisation, les étapes d’évaporation des gouttes de la première et de la seconde phase peuvent être accélérées par chauffage.
Selon un mode de réalisation, la première phase ne comprend pas de tensioactif.
Selon un mode de réalisation, la première phase est une solution aqueuse. Dans ce mode de réalisation, la seconde phase non miscible avec la première phase est une huile.
Selon un mode de réalisation, la seconde phase est une huile volatile.
Selon un mode de réalisation, la goutte d’huile volatile s’évapore en moins d’une minute.
Selon un mode de réalisation, la durée d’évaporation de la goutte d’huile volatile varie entre 1 et 30 secondes, préférentiellement entre 1 et 10 secondes.
Selon un mode de réalisation, l’huile volatile est une huile fluorée.
Selon un mode de réalisation, l’huile fluorée est de préférence de type CnF2n+2 avec n=6 préférentiellement ou CiJùn+iOCn’fhn’+i avec n=3 ou 4 et n’=l préférentiellement ou bien un mélange.
Selon un mode de réalisation, le au moins un tensioactif n’est pas miscible avec la première phase. Dans ce mode de réalisation, le au moins un tensioactif est miscible avec la seconde phase.
Selon un mode de réalisation, le au moins un tensioactif est non volatil.
Selon un mode de réalisation, le au moins un tensioactif non volatil est fluoré, sélectionné parmi les tensioactifs suivants, mais sans y être limité : 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro-loctanol ; 1H, lH-perfluoro-l-tetradécanol ; acide perfluorodecanoïque ;
2-(Perfluorooctyl) alcool éthylique ; 2,2,3,3,4,4,4,4-heptafluoro-l-butanol ; ou bien un composé de la même famille.
Selon un mode de réalisation, le substrat est sélectionné parmi, mais sans y être limité : métal ; verre ; silicium ; polymère tel que le polydiméthylsiloxane ; téflon ; acier inoxydable.
Selon un mode de réalisation, la première phase et le substrat ont des caractéristiques d’hydrophobie contraires. Dans ce mode de réalisation, si la première phase est une solution aqueuse, alors le substrat est hydrophobe, et inversement, si la première phase est une phase huileuse, alors le substrat est hydrophile. Ce mode de réalisation permet de prévenir l’étalement de la goutte sur le substrat.
Selon un mode de réalisation, le substrat peut être une plaque de surface lisse ou une plaque comprenant au moins un puits.
Selon un mode de réalisation, la méthode d’analyse physico-chimique ou biologique pour la détection du au moins un analyte peut être choisie parmi, sans être limitée à : la spectrométrie de masse, la spectrométrie de masse MALDI-TOF, la microscopie par fluorescence, des microarrays, des tests immunochimiques ou toute autre technique d’analyse de chimie analytique ou de biologie.
Le procédé de concentration d’au moins un analyte tel que défini dans la présente invention est particulièrement avantageux pour la détection d’analytes par les méthodes d’analyse ci-dessus. En effet, l’homogénéité et la reproductibilité des dépôts de solution d’analytes sont deux paramètres importants pour atteindre une analyse efficace. En particulier, la spectrométrie de masse à désorption/ionisation laser assistée par matrice et couplée à un analyseur à temps de vol (MALDI-TOF-SM), technique d’analyse couramment utilisée en protéomique et en particulier dans toutes les phases de développement de biomarqueurs, présente de nombreux avantages tels que la sensibilité, la précision et la rapidité d’analyse. La sensibilité de détection de la technique MALDI-TOL-SM est par ailleurs fortement corrélée à la masse de la biomolécule à analyser. Cependant, cette technique présente quelques limitations concernant la reproductibilité du signal obtenu principalement liées à l'hétérogénéité lors du processus de séchage des échantillons. Le procédé de concentration selon la présente invention permet de répondre avantageusement à cet inconvénient.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne également une plaque d’analyse, en particulier une plaque MALDI.
La plaque d’analyse comprend une pluralité de puits. Cette plaque d’analyse permet de faire des dépôts homogènes et reproductibles. Elle a aussi pour avantage de permettre des dépôts multiples en répétant les dépôts de gouttes de solution dans un même puits, conduisant à une augmentation de la concentration en analytes dans ledit puits.
Selon un mode de réalisation, chaque puits est configuré pour recevoir au moins une goutte d’une solution.
Selon un mode de réalisation, chaque puits a un diamètre allant de 1 pm à 10 mm, de 500 pm à 1 mm ou encore d’environ 700 pm.
Selon un mode de réalisation, chaque puits a une hauteur allant de 1 pm à 500 pm, de 50 pm à 250 pm ou encore d’environ 100 pm.
Selon un mode de réalisation, le matériau de la plaque d’analyse est sélectionné parmi, mais sans y être limité : métal, verre, silicium, polymère, téflon, acier inoxydable.
Selon un mode de réalisation, la plaque d’analyse comprenant une pluralité de puits est fabriquée par photolithographie, préférentiellement par photolithographie d’un wafer de silicium surmonté d’une résine photosensible.
Selon un mode de réalisation, la plaque d’analyse comprenant une pluralité de puits est fabriquée par usinage, préférentiellement par usinage d’une plaque en acier inoxydable.
Dans un mode de réalisation, la plaque selon la présente invention est avantageusement utilisée comme substrat selon le premier ou le second aspect de la présente invention.
Dans un mode de réalisation, chaque puits est configuré pour recevoir une pluralité de gouttes de la première phase et de la seconde phase. Ce mode de réalisation a pour avantage de permettre des dépôts multiples en répétant les dépôts de gouttes dans un même puits, chacun des dépôts étant séparé par une étape d’évaporation de la goutte de la seconde phase et une étape d’évaporation de la goutte de la première phase. Ce mode de réalisation conduit à une augmentation de la concentration en analytes dans ledit puits.
Selon un quatrième aspect, l’invention concerne également un système mettant en œuvre le procédé de détection d’au moins un analyte selon la présente invention.
Le système mettant en œuvre le procédé de détection d’au moins un analyte selon la présente invention comprend :
un dispositif microfluidique configuré pour déposer au moins une goutte de la première phase et de la seconde phase sur un substrat ;
un substrat, ledit substrat étant une plaque comprenant une pluralité de puits chacun de dimensions configurées pour recevoir une pluralité de gouttes de la première phase et de la seconde phase ;
un moyen de déplacement du substrat configuré pour déplacer ledit substrat par rapport au dispositif microfluidique ; et un dispositif de détection physico-chimique ou biologique du au moins un analyte concentré.
Selon un mode de réalisation, le dispositif microfluidique est un dispositif de microfluidique digitale.
Selon un mode de réalisation, le substrat est la plaque d’analyse selon le troisième aspect de la présente invention.
Selon un mode de réalisation, le moyen de déplacement du substrat par rapport au dispositif microfluidique est un moyen mécanique motorisé.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de détection physico-chimique ou biologique pour la détection du au moins un analyte peut être choisi parmi, sans être limité à : la spectrométrie de masse ; la spectrométrie de masse MALDI-TOF ; la microscopie par fluorescence ; microarray ; tests immunochimiques ou toute autre technique d’analyse de chimie analytique ou de biologie.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
La Figure 1 comprend une représentation schématique du dépôt de goutte selon l’art antérieur, d’un dépôt de deux gouttes non miscibles et le dépôt selon la présente invention, et les clichés correspondants auxdits dépôts après l’évaporation de la seconde phase et de la première phase.
La Figure 2 illustre l’influence du procédé de concentration d’au moins un analyte sur la détection dudit analyte par spectrométrie de masse MALDI-TOF.
La Figure 3 illustre l’influence du procédé de concentration d’au moins un analyte sur la 15 linéarité et la reproductibilité du signal obtenu par spectrométrie de masse MALDI-TOF.
La Figure 4 illustre l’influence de la technique du multi-dépôt sur la plaque d’analyse selon la présente invention sur la détection dudit analyte par spectrométrie de masse MALDI-TOF.
EXEMPLES
La présente invention se comprendra mieux à la lecture des exemples suivants qui illustrent non-limitativement l’invention.
Exemple 1 : Amélioration de la sensibilité de l’analyse par spectrométrie de masse
MALDI-TOF par concentration de l’analyte sur une plaque MALDI
Matériel et Méthodes
Matériel une solution de matrice MALDI (acide a-cyano-4-hydroxycinnamique à 2 mg/ml) comprenant un mélange d’acétonitrile et d’eau distillée acidifiée dans un ratio 50/50 ;
une huile contenant 10 % (m/m) de 2-(Perfluorooctyl) alcool éthylique ; et une solution mère d’angiotensine II, comprenant le peptide à une concentration de 1 pmol/L dans une solution de 0,1% d’acide trifluoroacétique.
Méthodes
Pour chaque série d’expérimentations, tout le matériel est préparé juste avant les analyses.
La solution de matrice est préparée en diluant la matrice à une concentration de 2 mg/ml dans un mélange d’acétonitrile et d’eau distillée acidifiée dans un ratio 50/50. Le mélange nécessite 5 min de vortex, puis 10 min dans un bain à ultrasons pour que la solubilisation soit complète.
La solution mère de peptide est préparée en diluant l’angiotensine II à une concentration de 1 pmol/L dans une solution de 0,1% d’acide trifluoroacétique et est stockée à -20°C.
Des aliquots de peptide à 100 fmol/pL sont ensuite préparés à partir d’un aliquot à 1 pmol/pL en le diluant dans un mélange eau distillée/acétonitrile (75/25). Pour chaque série d’analyse, un aliquot frais est dilué à la concentration voulue par un mélange eau distillée/acétonitrile (75/25) acidifié et contenant de la matrice à 2 mg/ml.
Un premier dépôt est effectué de façon classique, à savoir une goutte de solution contenant les peptides est déposée sur un substrat métallique à l’aide d’une pipette. S’en suit une évaporation, qui va permettre aux analytes non volatils de se retrouver piégés à la surface du substrat.
Un second dépôt est effectué en déposant successivement une goutte de solution contenant les peptides et une goutte d’huile volatile sans tensioactif sur cette première goutte sur un substrat métallique à l’aide d’une pipette.
Un troisième dépôt est effectué selon le procédé de concentration d’au moins un analyte tel que défini dans la présente invention.
Le premier dépôt et le troisième dépôt sont ensuite analysés par MALDI-TOF-SM.
Résultats
Les deux premiers dépôts décrits ci-dessus entraînent une répartition des analytes sur toute la surface de contact entre la goutte et le substrat, menant souvent à des phénomènes de tâche de café décrits plus haut. Le procédé de concentration d’au moins un analyte tel que défini dans la présente invention permet une concentration dudit analyte au centre de la surface occupée initialement par la goutte.
La figure 1 illustre les trois dépôts effectués :
le dépôt selon l’art antérieur comprenant une goutte de la première phase (1) contenant au moins un analyte (11) déposée sur un substrat (2) ;
le second dépôt comprenant une goutte de la première phase (1) contenant au moins un analyte (11) surmontée d’une goutte de la seconde phase (3), sans tensioactif, non miscible avec la première phase (1) déposées sur un substrat (2) ; le troisième dépôt sur un substrat (2) selon le procédé de concentration d’au moins un analyte (11) tel que défini dans la présente invention comprenant une goutte de la première phase (1) contenant au moins un analyte (11) surmontée d’une goutte de la seconde phase (4) contenant au moins un tensioactif (41), ladite seconde phase (4) étant non miscible avec la première phase (1).
Sur les spectres de masse présentés en figure 2, l’intensité du signal passe de 2085 à 60000 pour le dépôt classique et le dépôt selon le procédé de la présente invention respectivement, soit une augmentation du signal d’un facteur 30.
Exemple 2 : Dépôt sur plaque MALDI à l’aide d’un système de microfluidique digitale
Matériel et Méthodes
Matériel une solution de matrice MALDI (acide a-cyano-4-hydroxycinnamique à 2 mg/ml) comprenant un mélange d’acétonitrile et d’eau distillée acidifiée dans un ratio 50/50 ;
quatre solutions contenant un analyte tel que l’angiotensine II à différentes concentrations (de 1 nM à 20 nM) ;
une huile contenant 10% (m/m) de 2-(Perfluorooctyl) alcool éthylique.
Méthodes
Quatre solutions contenant l’angiotensine II à différentes concentrations (de 1 nM à 20 nM) ont été séparément utilisées pour générer des gouttes dans un système de microfluidique digitale puis déposées selon le procédé de concentration de la présente invention sur une plaque commerciale MALDI en acier inoxydable pour analyse. Pour chaque concentration, 10 répétitions ont été réalisées, à la fin desquelles, le nombre de gouttes déposées et donc la quantité précise d’analyte déposé est calculée puis reliée aux intensités correspondantes obtenues par l’analyse en MALDI-TOL.
Résultats
Les limites de détection en matière de sensibilité de l’appareil sont atteintes selon la documentation du constructeur pour l’instrument utilisé. Le procédé de concentration de la présente invention permet donc de détecter des quantités très faibles de peptide à partir d’une solution sub-nanomolaire. De plus, une forte relation entre l’intensité du signal obtenu en MALDI-TOL et la quantité de peptide déposée a été observée (représenté sur la figure 3), ce qui atteste de la reproductibilité de l’expérience, non atteignable pour un mode de dépôt de l’art antérieur.
Exemple 3 : Dépôt sur plaque comportant des puits à l’aide d’un système de microfluidique digitale
Matériel et Méthodes
Matériel une solution de matrice MALDI (acide a-cyano-4-hydroxycinnamique à 2 mg/ml) comprenant un mélange d’acétonitrile et d’eau distillée acidifiée dans un ratio 50/50 ;
une solution de peptide, angiotensine II, à 0,1 nM ;
une huile contenant 10% (m/m) de 2-(Perfluorooctyl) alcool éthylique ;
un wafer de silicium ; et une résine photosensible.
Méthodes
Sur un wafer de silicium, préalablement nettoyé, est déposée une résine photosensible de type SU-8 3035. Le wafer est ensuite placé dans un spin-coater permettant d’obtenir une couche uniforme de résine sur le wafer de silicium. Le wafer est ensuite déposé sur une plaque chauffante pendant 30 minutes à 95°C. H est ensuite placé dans une insoleuse ultra-violet et recouvert d’un masque sur lequel est imprimée la forme des puits. Le wafer subit ensuite une illumination pendant 17 secondes à une puissance de 20 mW/cm2. Le wafer est ensuite déposé dans un bain contenant le liquide de développement. Après 10 minutes, la résine n’ayant pas été irradiée est dissoute et les puits apparaissent. Le wafer est nettoyé à l’isopropanol puis séché. La plaque ainsi obtenue comprend une pluralité de puits de 700 pm de diamètre et 100 pm de hauteur.
Ces puits permettent de collecter les gouttes générées par le système de microfluidique digitale. Plusieurs dépôts selon le procédé de concentration de la présente invention sont effectués dans un même puits.
Résultats
En répétant les dépôts de gouttes dans un même puits, la quantité d’analytes présents dans ce puits est augmentée de façon significative. La figure 4 compare un dépôt « simple » par le système microfluidique et un multi-dépôt par le système microfluidique sur la plaque à puits, et les deux dépôts ont été effectués selon le procédé de concentration de la présente invention. Le rapport signal sur bruit est amélioré et l’intensité est augmentée d’un ordre de grandeur.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de concentration d’au moins un analyte (11) comprenant les étapes suivantes :
    la préparation d’une première phase (1) comprenant au moins un analyte (11) ; le dépôt d’une goutte de ladite première phase (1) sur un substrat (2) ; le dépôt sur ladite goutte de première phase (1) d’une goutte d’une seconde phase (4) liquide comprenant au moins un tensioactif (41), ladite seconde phase (4) étant non miscible avec ladite première phase (1) ;
    l’évaporation de la goutte de la seconde phase (4) ; et l’évaporation de la goutte de la première phase (1).
  2. 2. Procédé de concentration d’au moins un analyte (11) selon la revendication 1, dans lequel le au moins un tensioactif (41) est non miscible avec la première phase (1).
  3. 3. Procédé de concentration d’au moins un analyte (11) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel le au moins un tensioactif (41) est non volatil.
  4. 4. Procédé de concentration d’au moins un analyte (11) selon la revendication 3, dans lequel le au moins un tensioactif (41) non volatil est fluoré, par exemple sélectionné parmi les tensioactifs suivants, mais sans y être limité : 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro1- octanol ; 1H, lH-perfluoro-l-tetradécanol ; acide perfluorodecanoïque ;
    2- (Perfluorooctyl) alcool éthylique ; 2,2,3,3,4,4,4,4-heptafluoro-l-butanol ; ou bien un composé de la même famille.
  5. 5. Procédé de concentration d’au moins un analyte (11) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la première phase (1) ne comprend pas de tensioactif (41).
  6. 6. Procédé de concentration d’au moins un analyte (11) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la première phase (1) est une solution aqueuse.
  7. 7. Procédé de concentration d’au moins un analyte (11) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la seconde phase (4) est une huile volatile.
  8. 8. Procédé de concentration d’au moins un analyte (11) selon la revendication 7, dans lequel l’huile volatile est une huile fluorée, de préférence de type CnF2n+2 ou CnF2n+iOCn’H2n’+i ou bien un mélange.
  9. 9. Procédé de détection d’au moins un analyte (11) comprenant :
    5 - au moins une étape de concentration d’au moins un analyte (11) mettant en œuvre le procédé de concentration selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 ; et la détection du au moins un analyte (11) concentré par une méthode d’analyse physico-chimique ou biologique.
  10. 10. Procédé de détection d’au moins un analyte (11) selon la revendication 9, dans
    10 lequel le substrat (2) comprend une pluralité de puits chacun de dimensions configurées pour recevoir une pluralité de gouttes de la première phase (1) et de la seconde phase (4).
  11. 11. Système mettant en œuvre le procédé de détection d’au moins un analyte (11) selon la revendication 9 ou selon la revendication 10 comprenant :
  12. 15 - un dispositif microfluidique configuré pour déposer au moins une goutte de la première phase (1) et de la seconde phase (4) sur un substrat (2) ; un substrat (2), ledit substrat (2) étant une plaque comprenant une pluralité de puits chacun de dimensions configurées pour recevoir une pluralité de gouttes de la première phase (1) et de la seconde phase (4) ;
  13. 20 - un moyen de déplacement du substrat (2) configuré pour déplacer ledit substrat (2) par rapport au dispositif microfluidique ; et un dispositif de détection physico-chimique ou biologique du au moins un analyte (11) concentré.
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