Un nanopore est un minuscule trou d’un millionième de millimètre dans une membrane très fine. Ce trou a la taille du diamètre d’une molécule d’ADN. Les applications potentielles qui y sont rattachées sont si diverses - de la médecine aux technologies de l'information (TI) - qu'elles peuvent avoir un impact majeur dans notre vie quotidienne. Une équipe de chercheurs de l'Université d'Ottawa veut démocratiser l'entrée dans le domaine de la recherche sur les nanopores en offrant une méthode unique afin d’accélérer le développement de nouvelles applications et de découvertes.
Le laboratoire novateur T.-Cossa a décidé d’offrir à la communauté de recherche les instructions, les plans de conception et les logiciels nécessaires pour fabriquer et exploiter un outil révolutionnaire de nanofabrication de nanopores à l'état solide d'une manière rapide, abordable et entièrement automatique. Cette méthode est maintenant disponible dans le journal en ligne Nature Protocols.
Il s’agit d’un immense coup de pouce pour les chercheurs qui développent des applications diagnostiques et de séquençage dans les domaines de la santé, des sciences de la vie et de l’informatique, où il est nécessaire de détecter et identifier des molécules biologiques uniques, comme les protéines ou l'ADN, avec la précision exacte d'un nanopore.
« Pour la première fois, nous mettons à la disponibilité des chercheurs ce nouvel outil de nanofabrication de nanopores, » a expliqué Vincent Tabard-Cossa, professeur au Département de physique et directeur du Laboratoire de biophysique monomoléculaire appliquée de l'Université d'Ottawa. « Nous avons choisi d'offrir gratuitement notre technologie brevetée de fabrication de nanopores à la communauté scientifique, pour aider à sa prolifération et ainsi élargir le champ de la recherche sur les nanopores. »
Les nanopores à l'état solide sont maintenant bien établis en tant que capteurs de molécules individuelles très prometteurs pour des applications de détection et de séquençage, y compris l'identification rapide de pathogènes, la quantification des biomarqueurs pour la médecine de précision, la métagénomique, l'analyse du microbiome ou la recherche sur le cancer. Cette promesse a toutefois été ralentie par des méthodes coûteuses et laborieuses pour fabriquer des pores. Pour résoudre ce problème, le professeur Tabard-Cossa et son équipe ont mis au point en 2012 une méthode de fabrication de nanopores à l'état solide peu coûteuse, s’adaptant à la production de masse et basée sur le claquage diélectrique, qui est depuis devenue la méthode de choix pour la fabrication de nanopores à l'état solide par des groupes de recherche partout dans le monde.
« Pour favoriser l'innovation accessible, nous avons entrepris de créer un instrument avec un flux de travail automatisé qui pourrait être utilisé avec succès par une personne qui n'a jamais entendu parler d'un nanopore », a indiqué Matthew Waugh, directeur du laboratoire T.-Cossa. « Nous avons déjà connu des succès étonnants avec un programme local de vulgarisation scientifique, dans le cadre duquel des élèves du secondaire ont pu produire eux-mêmes des nanopores et détecter des molécules d'ADN individuelles en un seul après-midi à l'aide de notre outil. »
La fabrication de pores par claquage diélectrique permet de fabriquer automatiquement des nanopores d’une taille donnée en un seul clic, remplaçant ainsi les microscopes électroniques coûteux opérés manuellement. Selon le professeur Tabard-Cossa, les chercheurs pourront désormais concentrer toute leur attention sur le développement d’applications dans divers domaines.
« Une de ces applications répond au besoin croissant de stocker et d'archiver d'énormes quantités d'information numérique sur de très longues périodes, » a souligné Kyle Briggs, chercheur postdoctoral au laboratoire T.-Cossa. « La nature a résolu ce problème il y a longtemps avec l'ADN. Une approche similaire pourrait fonctionner, selon laquelle l'information numérique serait encodée dans la séquence d’un polymère synthétique, permettant ainsi de réduire la taille des fermes de serveurs à celle d'un réfrigérateur et d’économiser des milliards de dollars en coûts énergétiques et en disques durs brisés. Les nanopores à l'état solide pourraient être la prochaine percée majeure dans le domaine du stockage de données numériques, puisqu'ils peuvent être utilisés comme élément qui lit l'information sur les polymères, » a-t-il ajouté.
L'article Waugh, M., Briggs, K., Gunn, D. et al. Solid-state nanopore fabrication by automated controlled breakdown. Nat Protoc 15, 122–143 (2020) doi:10.1038/s41596-019-0255-2 a été publié dans l’édition de janvier de Nature Protocols.