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Analyse rapide et précise de l’ADN grâce à un capteur de température sans contact

Publication: 30 juillet

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Des capteurs thermiques infrarouges précis et flexibles sont des alliés essentiels de la recherche pour lutter contre le COVID-19 et autres pathologies...
 

Une mesure précise de la température est nécessaire dans les applications de laboratoire telles que l’analyse des réactions en chaîne par polymérase (Polymerase Chain Reaction, PCR), qui est utilisée pour identifier les bactéries et les virus dans les échantillons biologiques. Bien que ce type de recherche ait récemment attiré l’attention dans la lutte contre le COVID-19, l’analyse PCR joue un rôle clé dans les projets visant à surmonter une grande variété d’infections graves et de maladies génétiques.

Les réactions PCR amplifient l’ADN au sein de minuscules échantillons, permettant aux chercheurs d’étudier avec précision les caractéristiques des agents pathogènes. Le contrôle de la température à laquelle les réactions ont lieu est crucial. Cependant, la mesure de la température à l’aide de thermomètres traditionnels qui se basent sur le contact avec l’échantillon exige de relever plusieurs défis. L’équipement devant permettre la mise en place rapide de nouveaux échantillons pour optimiser l’utilisation, cette condition n’est pas bien adapté aux méthodes nécessitant un contact direct et empêche une mesure précise. De plus, le contact direct risque d’engendrer une contamination croisée entre les échantillons. En outre, le capteur de température doit être calibré avec précision.

Pour aider les fabricants d’équipements de laboratoire à surmonter ces défis, Melexis a développé des capteurs pour l’infrarouge lointain tels que le MLX90614 à trou traversant et le MLX90632 à montage en surface. Ces capteurs sont calibrés en usine et sont conçus pour maintenir une haute précision dans des environnements bruyants et variables thermiquement.

Contrôle de la température dans l’analyse PCR

L’analyse PCR comprend trois processus, et commence par une étape à haute température appelée dénaturation. Cette opération est réalisée entre 94°C et 98°C pour couper la structure à double hélice de l’ADN en deux molécules modèles d’ADN à simple brin. Lors de l’étape suivante, le recuit (annealing), des molécules d’amorce d’ADN sont forcées de se lier sélectivement aux deux molécules modèles d’ADN. À ce stade, la température doit être contrôlée avec précision pour garantir que les amorces se fixent correctement. L’étape finale est appelée élongation et se déroule généralement à 72°C. Ici, les nucléotides (les éléments constitutifs de l’ADN/ARN) en solution réagissent avec la molécule modèle et l’amorce pour créer des molécules à double brin.

La combinaison de ces trois étapes permet de convertir une molécule d’ADN en deux de ces nouvelles molécules à double brin (figure 1). En répétant ce cycle, qui à chaque fois double le nombre de molécules, on obtient rapidement une grande quantité de molécules (par exemple, après 40 cycles, il y aura 240 = 1.099.511.627.776 molécules), ce qui facilite une détection plus approfondie par d’autres moyens.

Figure : La PCR amplifie rapidement l’ADN des virus et des bactéries pour faciliter les diagnostics médicaux.

Détection de la température sans contact

Les thermocycleurs sont un élément clé des équipements utilisés pour faciliter les réactions biochimiques sensibles à la température. Chaque thermocycleur contient un ou plusieurs blocs thermiques comportant des trous dans lesquels les tubes contenant les réactifs peuvent être insérés. Le thermocycleur expose les tubes à un programme de température prédéterminé et est conçu pour établir rapidement des température précises. Certains modèles permettent un gradient de température contrôlé sur le bloc thermique, exposant ainsi différents échantillons à diverses températures. Cette fonctionnalité est principalement utilisée dans la phase de recherche pour optimiser certaines étapes critiques du cycle de température.

Les boucles de contrôle strictes reposent sur des entrées de capteur précises. Lorsque les échantillons sont remplacés fréquemment, il peut être très difficile pour les fabricants de mesurer les tubes de manière fiable par une méthode de contact direct. Dans ce cas, les capteurs infrarouges offrent un avantage significatif en permettant une mesure de température sans contact. En outre, le risque de contamination croisée entre les échantillons est considérablement réduit en évitant le contact direct.

Des capteurs calibrés en usine, comme le MLX90614, facilitent l’implémentation dans le thermocycleur. Le capteur offre la commodité du plug-and-play qui permet à l’utilisateur de commencer à travailler immédiatement sans passer par un processus d’étalonnage. Le MLX90614 est proposé avec diverses options de champ de vision (field of view, FoV), notamment 90°, 35°, 12°, 10° et 5°. Le rétrécissement du FoV permet d’augmenter la distance maximale entre le capteur et l’échantillon.

Avec la tendance à rendre les équipements plus portables et faciles à utiliser dans divers scénarios, le MLX90632 à montage en surface offre l’avantage d’un facteur de forme fortement réduit qui permet de gagner à la fois en taille et en poids. Conditionné dans un boîtier QFN de 3 mm x 3 mm x 1 mm, le capteur réagit aux changements de température tout en préservant la précision et la stabilité. La miniaturisation de ces capteurs facilite également l’intégration dans une matrice de détection qui permet un contrôle multipoint de la température.

En augmentant la vitesse et la précision des thermocycleurs, les capteurs infrarouges tels que le MLX90632 et le MLX90614 jouent un rôle essentiel dans l’amélioration de la précision et de la productivité des tests PCR dans de nombreux domaines de la médecine, au-delà de la lutte contre le COVID-19. La petite taille du MLX90632 permet d’envisager des analyses PCR portables et abordables à proximité du lieu de soin.

Il convient de noter que des versions de qualité médicale des deux capteurs sont disponibles et affichent une précision accrue, à ± 0,2 °C, dans la plage de température du corps humain comprise entre 35 et 42 °C. Ces capteurs sont bien adaptés aux systèmes de dépistage de masse, où un champ de vision étroit permet une distance de détection étendue, et aux moniteurs de température personnels tels que les dispositifs portables et les patchs qui nécessitent des capteurs hautement miniaturisés et réactifs tout en étant stables et reproductibles.

Conclusion

Les événements récents ont mis en évidence la nécessité d’un diagnostic précis et rapide. Les petits capteurs infrarouges jouent un rôle crucial en permettant aux équipements de laboratoire de répondre au besoin d’analyse rapide des échantillons biologiques.

Les derniers capteurs de température infrarouges combinent petite taille et immunité aux interférences thermiques pour surmonter les principaux défis techniques de la détection sans contact. Ces avancées technologiques offrent une multitude d’avantages, notamment une plus grande précision, une plus grande facilité d’utilisation et un contrôle strict de la température pour les processus biochimiques tels que l’analyse PCR qui offre des capacités de diagnostic rapides et fiables.

https://www.melexis.com/

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