Fabrication additive d'un dispositif de diagnostic médical en papier

Au cours des dernières années, les dispositifs de diagnostic rapide, notamment les tests point-of-care et à flux latéral, ont démontré leur rôle essentiel dans la lutte contre les épidémies. Cependant, leur fabrication soulève des préoccupations environnementales, en raison de l'utilisation de matériaux d'origine pétrochimique et de procédés industriels lourds.

Ce projet vise à développer une alternative plus durable, en concevant un dispositif à base de cellulose, fabriqué par des techniques de fabrication additive. L’objectif est de remplacer les membranes de nitrocellulose et les cartouches plastiques habituellement utilisées dans les dispositifs à flux latéral. Ce nouveau système cible principalement les tests sérologiques et moléculaires. La stratégie s’articule autour de trois axes principaux : (i) le développement d’un composite cellulosique poreux servant de membrane microfluidique, en remplacement de la nitrocellulose ; (ii) la création d’une encapsulation cellulosique pour contenir les fluides à l’intérieur de la membrane, en substitution des cassettes plastiques ; et (iii) l’intégration d’éléments chauffants imprimés, nécessaires pour réaliser les tests à différentes températures.

Pour assurer l’unité du dispositif, un procédé de fabrication tout-en-un a été mis en place, compatible avec un bras robotisé à 6 axes. Le composite poreux est constitué de microfibrilles de cellulose jouant le rôle de liant, associées à de la cellulose microcristalline et des particules de silice pour structurer la porosité. Ce matériau présente une cinétique capillaire comparable à celle de la nitrocellulose et il permet la migration de nanoparticules d’or utilisées pour révéler la présence de protéines. L'encapsulation est réalisée à partir de microfibrilles de cellulose rendues hydrophobes à l’aide d’un agent de collage, l’alkyl ketene dimer (AKD), appliqué par spray coating. Une fois fabriquée, la couche est structurée et des ouvertures sont créées par ablation laser pour permettre le dépôt du fluide à analyser. Cette couche permet de confiner le fluide, tout en restant semi -transparente pour faciliter la lecture des résultats et l’observation des protéines. Néanmoins, ce traitement réduit la vitesse de migration des fluides, ce qui limite la mobilité des nanoparticules.

Enfin, la fonction de chauffage repose sur des résistances électriques imprimées, exploitant l’effet Joule. Celles-ci sont déposées sur un substrat cellulosique encore humide, puis séchées après encapsulation. Elles permettent de maintenir une température constante ou d’effectuer des cycles thermiques adaptés aux tests sérologiques et moléculaires.

Les perspectives de ce projet incluent l'intégration complète de ces différentes fonctionnalités, ainsi que l’immobilisation et la détection de différentes protéines et échantillons d’ADN.