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RÉSUMÉ
L’industrie agroalimentaire cherche à mettre au point des techniques analytiques rapides, fiables et peu coûteuses pour contrôler la qualité des aliments et des produits alimentaires. Parmi les méthodes développées, celle des biocapteurs donne des résultats prometteurs, notamment sur l’analyse des contaminants des aliments (toxines, pesticides, résidus médicamenteux, microorganismes pathogènes...). Grâce à l’association d’un élément sélectif biologique de reconnaissance (anticorps, enzyme, ADN, cellule...) et un transducteur, le biocapteur permet de détecter et de quantifier rapidement certains constituants des matrices alimentaires. Compacts, ils présentent une spécificité et une sensibilité élevées, et la possibilité d’être portables.
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Didier DUPONT : Chargé de recherche à l’Institut national de la recherche agronomique (INRA) - Unité de recherches en technologie et analyse (URTAL)
INTRODUCTION
L’industrie agroalimentaire a besoin de techniques analytiques pour contrôler ses procédés de transformation et vérifier la composition et la qualité des produits générés. Ces techniques doivent être rapides, justes, spécifiques et peu coûteuses. Les biocapteurs, qui combinent un élément sélectif biologique de reconnaissance (anticorps, enzyme, ADN, cellule…) et un transducteur, présentent ces qualités. Des biocapteurs permettant la détection et/ou la quantification de sucres, acides, alcools, édulcorants et acides aminés dans les aliments sont utilisés dans l’industrie agroalimentaire depuis plusieurs années. Plus récemment, de nouvelles applications portant sur les contaminants des aliments (toxines, pesticides, résidus médicamenteux, microorganismes pathogènes…) ont été développées. Toutefois, des efforts considérables restent à faire pour que ces techniques soient utilisées en routine sur ce type d’applications.
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Régénération des biocapteurs
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3. Procédures d’immobilisation
Le ligand peut être immobilisé sur le support solide du biocapteur par différentes méthodes telles que l’adsorption, le couplage covalent, l’encapsulation… L’objectif de toute méthode d’immobilisation est de retenir l’activité maximale du ligand biologique sur la surface du transducteur. La sélection d’une méthode d’immobilisation appropriée dépend de la nature du ligand biologique, du type de transducteur utilisé, des propriétés physico-chimiques de l’analyte et des conditions opératoires du biocapteur [6]. Les deux méthodes les plus couramment utilisées sont l’adsorption et le couplage covalent.
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L’adsorption physique d’un ligand basée sur les forces attractives de Van der Waals est la plus ancienne et la plus simple méthode d’immobilisation. Elle ne nécessite pas de modification chimique du ligand et permet la régénération du biocapteur. L’avantage majeur de cette méthode est sa simplicité. Cependant, la perte de ligand adsorbé est possible si des changements de pH, force ionique ou température interviennent au cours des mesures.
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Le couplage covalent peut être utilisé pour permettre l’immobilisation sur une matrice ou directement à la surface du transducteur. Ces méthodes sont basées sur la réaction entre un groupement fonctionnel du ligand (non essentiel pour son activité catalytique) et des groupements réactifs de la surface solide. Les groupements fonctionnels disponibles pour les enzymes ou les protéines proviennent des chaînes latérales des acides aminés, notamment les groupements ε-amine de la lysine, carboxyle de l’aspartate et du glutamate, sulfhydryles de la cystéine et hydroxyphénolique de la tyrosine. Des réactifs bifonctionnels, tels que le glutaraldéhyde, le carbodiimide sont aussi très utilisés pour l’immobilisation de protéines.
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Parallèlement à ces deux techniques d’immobilisation très répandues, d’autres systèmes ont été basés sur la polymérisation électrochimique de molécules organiques pour former un réseau englobant le ligand.
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Procédures d’immobilisation
ANNEXES
L’industrie des biocapteurs est en pleine croissance. Le marché comporte 4 segments : médical, environnemental, agroalimentaire et militaire, les applications dans le domaine médical étant très majoritaires (90 % des ventes correspondent à celles de biocapteurs détectant le glucose).
Du côté de l’agroalimentaire, c’est dans le domaine de la détection des pathogènes que le marché est le plus important. Aux États-Unis, une étude récente indique que l’industrie agroalimentaire américaine pratique chaque année plus de 144 millions de tests microbiologiques (dont 16,3 % pour la recherche de pathogènes, 15,7 % pour les champignons et levures et 30,8 % pour les coliformes et E. coli). En 2000, 27,5 millions de tests de détection des pathogènes ont été effectués et ce chiffre devrait dépasser 34 millions en 2005, ce qui représente un marché de 192 millions de dollars. Au niveau des pathogènes, la détection des bactéries elles-mêmes représente 82 % du marché, la quantification des toxines produites ne représentant que 15 %.
Pour la détection des pesticides, ce marché devrait s’élever à 13 millions de dollars en 2005. Toutefois, c’est surtout pour la détection des OGM que le marché devrait connaître la plus forte progression (13,6 % par an) pour atteindre 34 millions de dollars en 2005.
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