150 000 euros de la Commission européenne pour la recherche d’un capteur vortex

150 000 euros de la Commission européenne pour la recherche d’un capteur vortex

Cette année, le chercheur de la VUB, Wim De Malsche, recevra la prestigieuse bourse « European Research Council Proof of Concept Grant » de la Commission européenne, d’une valeur de 150 000 euros en financement de recherche. Avec la bourse ERC Proof of Concept Grant, De Malsche mène pendant 18 mois des recherches sur le capteur de vortex. Il existe également des plans concrets pour appliquer les résultats dans divers domaines, notamment dans la surveillance de la qualité de l’eau et les diagnostics médicaux.

Par Matthias Vanheerentals

Wim De Malsche était déjà précédemment primé par l’ERC Starting Grant en tant que membre du groupe de recherche µFlow. Il y étudiait les séparations analytiques et développait une technologie pour générer des vortex (tourbillons) via des micro-canaux. Grâce à la bourse ERC Proof of Concept Grant, le chercheur de la VUB, en collaboration avec le Business Developer Filip Legein, peut appliquer la technologie développée pour accroître considérablement la sensibilité des capteurs.

La question

Concrètement, le projet « Vortex microflow inducer that enables detection of ultra-low concentrations of species in sensors » aborde la question clé suivante : comment peut-on accélérer les particules que l’on veut « palper » par un capteur jusqu’à la surface de ce dernier et ainsi détecter les particules présentes à de très faibles concentrations dans un temps beaucoup plus court. Wim De Malsche essaie de répondre à cette question en utilisant une méthode électro-acoustique active. « Nous créons par exemple des écoulements électriquement contrôlés sous forme de vortex, ou tourbillons. Cela se fait en très petits volumes dans un appareil miniaturisé. Nous pouvons ainsi effectuer des analyses du type “point-of-need” ou “point-of-care”. Cela conduira finalement à des temps d’analyse plus courts et à des sensibilités accrues. »

Limite de détection

Avec le capteur vortex, tous les analytes (substance ou grandeur à déterminer dans une analyse chimique) peuvent être transportés à grande vitesse au capteur, de manière contrôlée. « Nous abaissons la limite de détection », déclare Wim De Malsche. « Le capteur pourra mesurer des concentrations plus faibles, ou mesurer davantage à concentrations identiques. Ce sont des capteurs très sélectifs qui peuvent, par exemple, reconnaître les protéines de micro-organismes spécifiques, qui peuvent reconnaître les toxines. »

Problèmes avec les capteurs usuels

Wim De Malsche indique qu’il y a généralement des limites avec les capteurs et donc in fine des problèmes de détection. « De nombreuses concentrations sont si faibles qu’elles sont inférieures à la limite de détection des capteurs. Les capteurs actuels ont une sensibilité limitée et ne détecteront que les analytes à proximité du capteur. L’on ne mesure généralement pas plus de 99 % de ce que l’on canalise vers un capteur. Le problème est général. Au plus vite l’on désire analyser et écouler le flux, plus le flux sera lent. La détection est le déclencheur d’une action, telle que l’ajout d’antibiotiques. Ce n’est qu’à ce moment que la commande d’un process devient possible. »

Résultats

Les résultats de la recherche sont mis en œuvre dans diverses applications actuellement en cours d’élaboration dans le réseau gravitant autour du groupe µFlow. « Nous pourrions utiliser les résultats pour surveiller la qualité de l’eau dans un environnement civil ou industriel. Ou par exemple, en aquaculture où un contrôle strict de la qualité de l’eau est essentiel pour prévenir les maladies, comme en pisciculture notamment », explique Filip Legein. « Nous envisageons également des possibilités d’application pour les diagnostics médicaux, comme la détection d’infections dans l’urine ou de cellules cancéreuses dans le sang par exemple ».

Validation de principe

Une preuve de concept est en cours de développement à la VUB afin que le capteur vortex puisse être utilisé pour des applications industrielles significatives. « Nous essayons de passer du laboratoire à une application commerciale », déclare Filip Legein. « Nous parlons aux entreprises parce que nous voulons combler le fossé entre notre laboratoire et une application industrielle. La technologie est intégrée au capteur. Nous collaborons par exemple avec une société néerlandaise spécialiste en capteurs. » Le capteur pourrait être prêt dans trois ans.

Piscicultures

Les chercheurs utiliseront, entre autres, le capteur dans les fermes piscicoles, où se produisent des contaminations spécifiques. « Ces infections ruinent les récoltes. Si la problématique est très attentivement suivie, des solutions sont à trouver », déclare Filip Legein. « Plus de la moitié d’un élevage en aquaculture est perdu pour des raisons d’infections. D’ici 2030, plus de 60 % des poissons que nous consommons quotidiennement proviendront de l’élevage. Le marché est gigantesque. Nous sommes proches de ce marché-là. »

Micro fluidique

La technique peut également être utile pour une détection encore meilleure des microplastiques. « Nous essayons de capturer ces derniers dans un flux aqueux », explique Filip Legein. « Nous travaillons par conséquent sur un filtre capable d’également collecter les microplastiques. Il serait par exemple possible de mettre un filtre acoustique dans une machine à laver pour éliminer les microplastiques. Une législation en ce sens qui l’exigera pourrait voir le jour. Cette réglementation existe déjà au Royaume-Uni. Les filtres actuels d’une machine à laver ne suffisent pas. Nous travaillons sur les moyens d’amener l’organisme au capteur, la Salmonelle aussi par exemple. »

Membranes

La VUB poursuit également de nombreux autres projets pour le secteur de l’eau. L’université étudie des membranes développées suivant un nouveau procédé électronique, avec du silicium notamment. « Nous fabriquons des membranes à l’aide d’un procédé électrochimique », explique Wim De Malsche. « L’un de nos substrats préférés est le silicium. Nous gravons du silicium sur lequel nous appliquons ensuite un procédé électrochimique. On obtient alors des pores de 1 à 100 nanomètres, selon la tension que l’on applique. Nous pouvons déposer une épaisseur de film de quelques microfibres. C’est totalement impossible avec toute autre méthode. Nous pouvons l’utiliser pour de nombreuses innovations et de nouveaux types de séparations, à la fois analytiques et préparatoires. »

« Single cell analyses »

Les membranes à pores microscopiques sont propices pour l’analyse d’une seule cellule, dans laquelle de petits volumes doivent être manipulés. « Nous développons des membranes pour isoler ou purifier les composants de manière très ciblée », explique Wim De Malsche. « Pour les systèmes à cellule unique, il est impossible d’utiliser des volumes d’extraction mille fois plus importants que la cellule en question. Nous devons échantillonner un volume de la même taille qu’une cellule. Nous voulons disposer d’une boîte à outils permettant de faire usage de plus gros ou de petits volumes. Nous avons plus de marge en ce qui concerne les volumes que nous pouvons traiter, y compris les petits volumes… Nous avons de plus grands degrés de liberté. »

Pas assez petit

Les pores des membranes commerciales ne sont pas assez petits. « En pratique, ce sont des pores de plusieurs centaines de nanomètres », précise Wim De Malsche. « Les membranes en téflon actuelles ont des pores de 500 nanomètres et un diamètre de 100 nanomètres. Elles sont trop épaisses, ce qui se résulte par un temps d’extraction trop long. Ces membranes polymères ont des limitations, ce qui fait que tous les solvants ne peuvent pas migrer au travers. C’est moins pertinent pour l’épuration d’eau. Il n’est souvent pas nécessaire que ces flux soient aussi importants. Nous avons besoin de pores allant jusqu’à maximum des dizaines de nanomètres. »

Projets novateurs

Depuis le lancement du programme Horizon 2020 de la Commission européenne en 2014, la Vrije Universiteit Brussel a déjà remporté plus de 160 projets de recherche et d’innovation, représentant un financement européen total de plus de 78 millions d’euros. Le professeur Wim De Malsche est à la tête de la µFlow Cell, un « Group of Excellence of Advanced Research » à la VUB. Il est également membre des départements de bio ingénierie et des techniques de génie chimique.

Contexte

Wim De Malsche est diplômé de la Vrije Universiteit Brussel en 2004 et a obtenu un Master of Science in Bioengineering. Filip Legein est le business development manager au sein de µFlow Cell. C’est un consortium IOF-GEAR axé sur la valorisation entre le professeur Wim De Malsche (groupe µFlow) et la Prof. Karine Hellemans (VUB-UZB Centre de Médecine Translationnelle). La Vrije Universiteit Brussel est une université libérale et néerlandophone à Bruxelles. Le campus principal de la VUB (également connu sous le nom de « Brussels Humanities, Sciences & Engineering Campus ») est situé sur le site des anciennes casernes de la commune d’Ixelles. Il existe également des départements à Jette, Anderlecht et Gooik. Réparties sur ces campus, l’université compte 8 facultés et 83 programmes d’études pour un total de 19 245 étudiants. En outre, 4 042 membres du personnel y sont employés dont 2 749 occupent un poste académique. Depuis mars 2022, le professeur Jan Danckaert est recteur par intérim de la VUB. En juin 2022, il a été élu pour exercer officiellement cette fonction à partir de l’année universitaire 2022-2023.

« Nous développons des membranes pour isoler ou purifier les composants de manière très ciblée », explique Wim De Malsche.

« Nous développons des membranes pour isoler ou purifier les composants de manière très ciblée », explique Wim De Malsche.

« Plus de la moitié d’un élevage en aquaculture est perdue pour des raisons d’infections », déclare Filip Legein.