EP1535060A1 - System for detecting at least one chemical substance - Google Patents

System for detecting at least one chemical substance

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EP1535060A1
EP1535060A1 EP03755588A EP03755588A EP1535060A1 EP 1535060 A1 EP1535060 A1 EP 1535060A1 EP 03755588 A EP03755588 A EP 03755588A EP 03755588 A EP03755588 A EP 03755588A EP 1535060 A1 EP1535060 A1 EP 1535060A1
Authority
EP
European Patent Office
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detection system
measurement
support
detected
olfactory neuron
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03755588A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Guillaume Herlem
Tijani Gharbi
Philippe Gérard Lucien Humbert
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP1535060A1 publication Critical patent/EP1535060A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0001—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00 by organoleptic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0031—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array

Definitions

  • the present invention relates to systems for detecting at least one chemical substance.
  • the invention relates, among these detection systems, to those which comprise a measurement sensor for selectively sensing said at least one chemical substance to be detected, and a measurement unit associated with the measurement sensor and intended to be connected to a measurement unit. treatment to determine or not the presence of the chemical to be detected.
  • the measurement sensor generally consists of a pair of electrodes placed in a fluid to be analyzed, the pair of electrodes being intended to detect the presence or not of a chemical substance such as a specific molecule present in the fluid to be analyzed.
  • the pair of electrodes is generally formed of one. reference electrode and a measurement electrode to which a conductive polymer coating is attached.
  • This conductive polymeric coating is chosen to generate an intrinsic electrical signal when a determined molecule is selectively absorbed on the surface of said polymeric coating.
  • these detection systems have a relatively low sensitivity because the polymer coatings are not suitable for detecting very low concentrations of a specific molecule.
  • polymeric coatings are only suitable for detecting specific molecules with a fairly simple chemical formula. So, to detect complex molecules, it is imperative to put in series several measurement electrodes comprising separate polymer coatings to allow possible detection of molecules with complex chemical formula. In addition, the polymeric coatings tend to saturate rapidly in the presence of a fairly high concentration of the molecule to be detected, which does not allow the concentration of said targeted molecules to be assessed with precision.
  • the object of the present invention is in particular to overcome the drawbacks mentioned above.
  • the system for detecting at least one chemical substance is characterized in that the measurement sensor comprises at least one olfactory neuron chosen to selectively pick up the chemical substance to be detected, and in that the olfactory neuron is fixedly disposed on a support to cooperate with the measurement unit.
  • the support is covered at least in part with an electrical insulator on which is fixedly attached the olfactory neuron;
  • the electrical insulator comprises a polymer adapted to further allow the fixation of the olfactory neuron
  • the polymer is deposited on the support electrochemically by at least partially immersing the support and a reference electrode in a liquid electrolyte based on at least one salt and a solvent, and by bringing the support and the reference electrode at a potential at least equal to the oxidation potential of said solvent;
  • the solvent is chosen from a pure saturated aliphatic primary diamine, a pure saturated aliphatic primary tri-amine, an aliphatic .saturated amino-thiol and a saturated aliphatic dithiol;
  • the measurement unit comprises at least one measurement electrode and one reference electrode in contact with the olfactory neuron, said measurement and reference electrodes being intended to be connected to the processing unit;
  • the olfactory neuron has a cell body which is extended on both sides by dendrites and an axon presenting a plasma membrane, and the measurement electrode, is placed inside the plasma membrane of the axon while that the reference electrode is arranged in contact with the surface of the plasma membrane of said ax
  • the measurement unit comprises, on the one hand, means for emitting an excitation light towards the olfactory neuron to allow the excitation light to interact with the chemical substance to be detected in order to produce radiation to be detected, and secondly, receiving means for receiving the radiation to be detected emitted by the chemical substance, said receiving means being connected to the processing unit.
  • FIG. 3 is a sectional view of the detection system according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of part of the detection system according to a third embodiment.
  • the same references designate identical or similar elements.
  • FIGS 1 and 2 show a first embodiment of the detection system according to the invention.
  • This detection system comprises a base 2 in the form of a parallelepipedal plate comprising a lower face 21 intended to rest on any support, and an upper face 22, opposite and parallel to the lower face 21, and on which is intended to be fixed a support 3.
  • this support 3 is intended to allow the fixing of the measurement sensor.
  • the detection system also comprises a spacer 4, which, in the example considered here, is in the general form of a rectangular frame whose external contour is substantially equal to the external contour of the base 2.
  • This spacer 4 comprises also a lower face 41 intended to be fixed on the upper face 22 of the base 2, and an upper face 42 on which is intended to be fixed a cover 5.
  • This cover 5 is also in the form of a parallelepiped plate whose outer contour is substantially identical to the external contour of the spacer 4 and of the base 2.
  • the detection system when the spacer 4 is fixedly attached to the base 2 and the cover 5 rests on the upper face 42 of the spacer 4, the detection system has a enclosure 6 in which the support 3 is located.
  • the support 3 is adapted to receive in a fixed manner an olfactory neuron 7 which will be chosen to selectively capture or trap a specific and predetermined chemical substance present in a fluid to be analyzed disposed in the enclosure 6 of the detection system.
  • the olfactory neuron which is covered by a plasma membrane 70 comprises a central part 71, or cellular body of the neuron, which is extended on one side by dendrites 72 formed by a plurality of receptive cilia and on the other side by a axon 73 which extends to an axonal termination.
  • the olfactory neuron devotes part of its genes to controlling the synthesis of large molecules, the receptor proteins, which the neuron places in the membrane of these cilia or dendrites 72. These molecular receptors which are quite distinct depending on the selected olfactory neuron can fix or bind and also recognize a large number of chemicals or odorous molecules.
  • the olfactory neuron intended to be deposited on the support 3, is chosen from a plurality of olfactory neurons, for its properties or more exactly for the receptive properties of these eyelashes to capture or trap a particular odorous molecule.
  • the olfactory neuron can be extracted from the olfactory neural system of a trout, certain olfactory neurons of which are adapted to recognize very low concentrations of very specific odorous molecules.
  • the deposition of the polymer 10 on the support 3 is carried out electrochemically by immersing at least partially on the support 3 and a reference electrode (not shown) in a liquid electrolyte based on at least one salt and one solvent .
  • the support 3 and the reference electrode can be made of platinum, gold or glassy carbon or else based on p-type silicon of controlled thickness. Then causes the support 3 and the reference electrode at a potential at least equal to the oxidation potential of said solvent to allow the attachment of the polymer 10 of 'the support 3 and the reference electrode.
  • the solvent used can be chosen from a pure saturated aliphatic primary diamine, a pure saturated aliphatic primary tri-amine or a saturated aliphatic amino-thiol or else a saturated aliphatic dithiol.
  • the polymer has the property of being an electrical insulating polymer, which makes it possible, during its production by electrosynthesis, to naturally stop its formation, thereby obtaining a very thin polymeric coating. Furthermore, the polymer is advantageously chosen to be non-toxic and biocompatible with the chosen olfactory neuron.
  • the olfactory neuron 7 is in contact with a measurement system 8 itself connected to a processing unit 9 adapted to analyze the information directly obtained by the measurement unit 8.
  • This measurement unit comprises a first reference microelectrode 81 having one end connected to the processing unit 9 and a second end disposed on the surface and in contact with the plasma membrane 70 of the axon 73 of the olfactory neuron 7., and a second measurement microelectrode 82 having a first end connected to the processing unit 9 and a second end disposed inside the plasma membrane 70 of the axon 73 of the olfactory neuron 7.
  • the cover 5 of the detection system comprises, meanwhile, two through openings 51, 52 intended to receive in sealed manner the microelectrodes 81 and 82.
  • the cover 5 also includes a through window 53 allowing communication between the external medium and the enclosure 6.
  • the spacer 4 may also include at its lower face 41 a recess 43 intended to delimit a window 44 with the upper face 22 of the base 2.
  • the through window 53 of the cover 5 may for example constitute the orifice for entering the fluid to be analyzed inside the enclosure 6 while the opening 44 constitutes the orifice for discharging the fluid to be analyzed from the enclosure 6 after being brought into contact with the olfactory neuron 7 and more precisely with the dendrites 72 of this olfactory neuron.
  • the enclosure 6 is filled with specific culture medium making it possible to keep the olfactory neuron, the inlet 53 and outlet 43 openings then being temporarily closed, by suitable means such as plugs.
  • the olfactory neuron that has been chosen to selectively capture a scent molecule specific, then fixed by means of its dendrites 72 said odoriferous molecule. This capture of the specific odorous molecule then modifies the concentration of the molecules. electrically charged, - such as potassium ions K + and sodium ions Na + , 'along the axon 73 of neuron 7 thereby modifying its intrinsic electrical resistance.
  • This modification of the intrinsic electrical resistance of the olfactory neuron 7 is then detected by means of the two microelectrodes 81 and 82, which allows the processing unit 9 to analyze and interpret the measurements carried out with a view to emitting a information on the presence and concentration of the specific odor molecule present in the fluid analyzed. Since the measurement and reference electrodes 82 and 81 are disposed respectively inside the plasma membrane 70 and ' on the surface of the plasma membrane 70 of the axon 73, it is then possible, for example, to measure the ionic current Na + which enters the plasma membrane 70 through voltage-dependent Na + channels or the ionic current K + which crosses the plasma membrane 70 in the direction of enclosure 6 through the voltage-dependent K + channels.
  • This electrophysiological technique of the properties of the K + and Na + ion channels of neurons in general is also known as., The "patch-clamp" technique.
  • the measurement unit 8 comprises an excitation optical fiber 83 which comprises a first end connected to a source or light sources integrated in the processing unit 9 and a second end housed in a sealed manner in a through opening made on the cover 5.
  • This optical fiber 83 of excitation is intended to emit an excitation light in the direction of the olfactory neuron 7 and more exactly at the level of the body - cell 71 to allow the excitation light to interact with the odorous molecule (s) trapped in the olfactory neuron.
  • the excitation light can for example be chosen to interact by fluorescence phenomenon with the Ca 2 + ions released by the soma or cell body 71 ′ of the olfactory neuron 7.
  • the fluorescent radiation thus emitted from the cell body 71 of the olfactory neuron 7 is received by a second receiving optical fiber 84 which returns the radiation to be detected to the processing unit 9.
  • the processing unit 9 and the light supply can be adapted according to the optical fiber or fibers used and the phenomena to be studied such as absorption, fluorescence, resonance, or interferometric phenomena depending on the embodiment of the detection optical fibers 82, 84.
  • the ends of the optical fibers 83, 84 arranged in the opening made in the cover 5 can be associated with an optical system 85 allowing the focusing of the excitation light on the olfactory neuron 7 and also the optimization of the reception of the radiation to be detected by the receiving optical fiber 84
  • the measurement of the ion flux of the Ca 2+ ion is ensured by quantifying the fluorescence of a substance such as rodamine B.
  • the fluorescence of rodamine B is blocked by the concentration of l 'ion Ca 2+ .
  • the enclosure 6 or more exactly the base 2 can be provided with a plurality of supports 3, each support 3 being intended to permanently receive a separate olfactory neuron, possibly allowing each to detect a specific odor molecule.
  • each olfactory neuron fixed on a support 3 will be associated with a measurement unit 8 connected to a processing unit 9.
  • the detection system having very small dimensions, the base 2, the spacer 4 and cover 5 can be made from silicon elements shaped by chemical machining.

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Abstract

The invention relates to a system for detecting at least one chemical substance, of the type comprising a measuring sensor (7) which is used to capture selectively the chemical substance to be detected and a measuring unit (8) which is associated with the measuring sensor (7) and which is intended to be connected to a treatment unit (9) in order to determine whether or not the chemical substance to be detected is present. The aforementioned measuring sensor comprises at least one olfactory neuron (7) which is selected in order to capture selectively the chemical substance to be detected and said olfactory neuron (7) is disposed in a fixed manner on a support (3) so as to co-operate with the above-mentioned measuring unit (8).

Description

SYSTEME DE DETECTION D'AU MOINS UNE SUBSTANCE CHIMIQUE SYSTEM FOR DETECTING AT LEAST ONE CHEMICAL SUBSTANCE
La présente invention se rapporte aux systèmes de détection d'au moins une substance chimique.The present invention relates to systems for detecting at least one chemical substance.
Plus particulièrement, l'invention concerne parmi ces systèmes de détection, ceux qui comprennent un capteur de mesure pour capter sélectivement ladite au moins substance chimique à détecter, et une unité de mesure associée au capteur de mesure et destinée à être reliée à une unité de traitement pour déterminer ou non la présence de la substance chimique à détecter.More particularly, the invention relates, among these detection systems, to those which comprise a measurement sensor for selectively sensing said at least one chemical substance to be detected, and a measurement unit associated with the measurement sensor and intended to be connected to a measurement unit. treatment to determine or not the presence of the chemical to be detected.
Dans ces types de système de détection connus, le capteur de mesure est généralement constitué par une paire d'électrodes placée dans un fluide à analyser, la paire d'électrodes étant destinée à détecter la présence ou non d'une substance chimique telle qu'une molécule spécifique présente dans le fluide à analyser.In these types of known detection system, the measurement sensor generally consists of a pair of electrodes placed in a fluid to be analyzed, the pair of electrodes being intended to detect the presence or not of a chemical substance such as a specific molecule present in the fluid to be analyzed.
La paire d'électrodes est généralement formée d'une. électrode de référence et d'une électrode de mesure sur laquelle, est rapporté un revêtement polymérique conducteur. Ce revêtement polymérique conducteur est choisi pour générer un signal électrique intrinsèque lorsqu'une molécule déterminée est absorbée sélectivement à la surface dudit revêtement polymérique. Toutefois, ces systèmes de détection présentent une sensibilité relativement faible car les revêtements polymériques ne sont pas adaptés pour détecter de très faibles concentrations d'une molécule spécifique.The pair of electrodes is generally formed of one. reference electrode and a measurement electrode to which a conductive polymer coating is attached. This conductive polymeric coating is chosen to generate an intrinsic electrical signal when a determined molecule is selectively absorbed on the surface of said polymeric coating. However, these detection systems have a relatively low sensitivity because the polymer coatings are not suitable for detecting very low concentrations of a specific molecule.
Par ailleurs, les revêtements polymériques sont uniquement adaptés pour détecter des molécules spécifiques présentant une formule chimique assez simple. Ainsi, pour détecter des molécules complexes, il est impératif de mettre en série plusieurs électrodes de mesure comportant des revêtements polymériques distincts pour permettre une éventuelle détection de molécules à formule chimique complexe. De plus, les revêtements polymériques tendent à saturer rapidement en présence d'une concentration assez importante de la molécule à détecter, ce qui ne permet pas d'évaluer avec précision la concentration desdites molécules ciblées .Furthermore, polymeric coatings are only suitable for detecting specific molecules with a fairly simple chemical formula. So, to detect complex molecules, it is imperative to put in series several measurement electrodes comprising separate polymer coatings to allow possible detection of molecules with complex chemical formula. In addition, the polymeric coatings tend to saturate rapidly in the presence of a fairly high concentration of the molecule to be detected, which does not allow the concentration of said targeted molecules to be assessed with precision.
La présente invention a notamment pour but de pallier les inconvénients cités ci-dessus.The object of the present invention is in particular to overcome the drawbacks mentioned above.
A cet effet, selon l'invention, le système de détection d'au moins une substance chimique est caractérisé en ce que le capteur de mesure comprend au moins un neurone olfactif choisi pour capter sélectivement la substance chimique à détecter, et en ce que le neurone olfactif est disposé de manière fixe sur un support pour coopérer avec l'unité de mesure.To this end, according to the invention, the system for detecting at least one chemical substance is characterized in that the measurement sensor comprises at least one olfactory neuron chosen to selectively pick up the chemical substance to be detected, and in that the olfactory neuron is fixedly disposed on a support to cooperate with the measurement unit.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre- des dispositions suivantes :In preferred embodiments of the invention, use may optionally be made of one and / or the other of the following arrangements:
- le support est recouvert au moins en partie d'un isolant électrique sur lequel est rapporté de manière fixe le neurone olfactif ;- The support is covered at least in part with an electrical insulator on which is fixedly attached the olfactory neuron;
- l'isolant électrique comprend un polymère adapté pour permettre en outre la fixation du neurone olfactif ;- the electrical insulator comprises a polymer adapted to further allow the fixation of the olfactory neuron;
- le dépôt du polymère sur le support est réalisé par voie électrochimique en plongeant au moins en partie le support et une électrode de référence dans un électrolyte liquide à base d'au moins un sel et d'un solvant, et en amenant le support et l'électrode de référence à un potentiel au moins égale au potentiel d'oxydation dudit solvant ; - le solvant est choisi parmi une diamine primaire aliphatique saturée pure, une tri-amine primaire aliphatique saturée pure, un amino-thiol aliphatique .saturé et un dithiol aliphatique saturé ; - l'unité de mesure comprend au moins une électrode de mesure et une électrode de référence en contact avec le neurone olfactif, lesdites électrodes de mesure et de référence étant destinées à être reliées à l'unité de traitement ; - le neurone olfactif présente un corps cellulaire qui se prolonge de part et d'autre par des dendrites et un axone présentant une membrane plasmique, et l'électrode de mesure, est disposée à l'intérieur de la membrane plasmique de l'axone tandis que l'électrode de référence est disposée au contact de la surface de la membrane plasmique dudit axone ; etthe polymer is deposited on the support electrochemically by at least partially immersing the support and a reference electrode in a liquid electrolyte based on at least one salt and a solvent, and by bringing the support and the reference electrode at a potential at least equal to the oxidation potential of said solvent; the solvent is chosen from a pure saturated aliphatic primary diamine, a pure saturated aliphatic primary tri-amine, an aliphatic .saturated amino-thiol and a saturated aliphatic dithiol; the measurement unit comprises at least one measurement electrode and one reference electrode in contact with the olfactory neuron, said measurement and reference electrodes being intended to be connected to the processing unit; - the olfactory neuron has a cell body which is extended on both sides by dendrites and an axon presenting a plasma membrane, and the measurement electrode, is placed inside the plasma membrane of the axon while that the reference electrode is arranged in contact with the surface of the plasma membrane of said axon; and
- l'unité de mesure comprend,- d'une part, des moyens d'émission d'une lumière d'excitation en direction du neurone olfactif pour permettre à la lumière d'excitation d' interagir avec la substance chimique à détecter pour produire un rayonnement à détecter, et d'autre part, des moyens de réception pour recevoir le rayonnement à détecter émis par la substance chimique, lesdits moyens de réception étant reliés à l'unité de traitement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de trois de ses formes de réalisation, données à- titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins joints. Sur les dessins : ' -. la figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée d'une partie du système de détection selon l'invention ; - la figure 2 est une vue ' en coupe du système de détection selon un premier mode de réalisation de 1 ' invention ;the measurement unit comprises, on the one hand, means for emitting an excitation light towards the olfactory neuron to allow the excitation light to interact with the chemical substance to be detected in order to produce radiation to be detected, and secondly, receiving means for receiving the radiation to be detected emitted by the chemical substance, said receiving means being connected to the processing unit. Other characteristics and advantages of the invention will appear during the following description of three of its embodiments, given by way of nonlimiting examples, with reference to the accompanying drawings. In the drawings: '-. Figure 1 is a schematic exploded perspective view of part of the detection system according to the invention; - Figure 2 is a view 'in section of the detection system according to a first embodiment 1 of the invention;
- la figure 3 est une vue en coupe du système de détection selon un second mode de réalisation de l'invention ; et- Figure 3 is a sectional view of the detection system according to a second embodiment of the invention; and
- la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une partie du système de détection selon un troisième mode de réalisation. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.- Figure 4 is a schematic perspective view of part of the detection system according to a third embodiment. In the various figures, the same references designate identical or similar elements.
Les figures 1 et 2 représentent un premier mode de réalisation du système de détection conforme à l'invention. Ce système de détection comprend une embase 2 se présentant sous la forme d'une plaque parallélépipédique comprenant une face inférieure 21 destinée à reposer sur un appui quelconque, et une face supérieure 22, opposée et parallèle à la face inférieure 21, et sur laquelle est destiné à être fixé un support 3. Comme on le verra dans la suite de la description, ce support 3 est destiné à permettre la fixation du capteur de mesure.Figures 1 and 2 show a first embodiment of the detection system according to the invention. This detection system comprises a base 2 in the form of a parallelepipedal plate comprising a lower face 21 intended to rest on any support, and an upper face 22, opposite and parallel to the lower face 21, and on which is intended to be fixed a support 3. As will be seen in the following description, this support 3 is intended to allow the fixing of the measurement sensor.
Le système de détection comprend également une entretoise 4, qui, dans l'exemple considéré ici, se présente sous la forme générale d'un cadre rectangulaire dont le contour extérieur est sensiblement égal au contour extérieur de l'embase 2. Cette entretoise 4 comprend également une face inférieure 41 destinée à être fixée sur la face supérieure 22 de l'embase 2, et une face supérieure 42 sur laquelle est destiné à être fixé un couvercle 5. Ce couvercle 5 se présente également sous la forme d'une plaque parallélépipédique dont le contour extérieur est sensiblement identique au contour extérieur de 1' entretoise 4 et de l'embase 2.The detection system also comprises a spacer 4, which, in the example considered here, is in the general form of a rectangular frame whose external contour is substantially equal to the external contour of the base 2. This spacer 4 comprises also a lower face 41 intended to be fixed on the upper face 22 of the base 2, and an upper face 42 on which is intended to be fixed a cover 5. This cover 5 is also in the form of a parallelepiped plate whose outer contour is substantially identical to the external contour of the spacer 4 and of the base 2.
Ainsi, comme on peut le voir sur la figure 2, lorsque l' entretoise 4 est rapportée de manière fixe sur l'embase 2 et que le couvercle 5 repose sur la face supérieure 42 de l' entretoise 4, le système de détection présente une enceinte 6 dans laquelle se situe le support 3. Le support 3 est adapté pour recevoir de manière fixe un neurone olfactif 7 qui sera choisi pour capter ou piéger sélectivement une substance chimique spécifique et prédéterminée présente dans un fluide à analyser disposé dans l'enceinte 6 du système de détection.Thus, as can be seen in Figure 2, when the spacer 4 is fixedly attached to the base 2 and the cover 5 rests on the upper face 42 of the spacer 4, the detection system has a enclosure 6 in which the support 3 is located. The support 3 is adapted to receive in a fixed manner an olfactory neuron 7 which will be chosen to selectively capture or trap a specific and predetermined chemical substance present in a fluid to be analyzed disposed in the enclosure 6 of the detection system.
Le neurone olfactif qui est recouvert par une membrane plasmique 70 comprend une partie centrale 71, ou corps cellulaire du neurone, qui se prolonge d'un côté par des dendrites 72 formées d'une pluralité de cils récepteurs et de l'autre côté par un axone 73 qui s'étend jusqu'à une terminaison axonale.The olfactory neuron which is covered by a plasma membrane 70 comprises a central part 71, or cellular body of the neuron, which is extended on one side by dendrites 72 formed by a plurality of receptive cilia and on the other side by a axon 73 which extends to an axonal termination.
D'une manière générale, le neurone olfactif consacre une partie de ses gênes à commander la synthèse de grosses molécules, les protéines réceptrices, que le neurone place dans la membrane de ces cils ou dendrites 72. Ces récepteurs moléculaires qui sont assez distincts suivant le neurone olfactif sélectionné peuvent fixer ou lier et également reconnaître un grand nombre de substances chimiques ou molécules odorantes. Le neurone olfactif destiné à être déposé sur le support 3, est choisi parmi une pluralité de neurones olfactifs, pour ses propriétés ou plus exactement pour les propriétés réceptrices de ces cils à capter ou piéger une molécule odorante particulière.In general, the olfactory neuron devotes part of its genes to controlling the synthesis of large molecules, the receptor proteins, which the neuron places in the membrane of these cilia or dendrites 72. These molecular receptors which are quite distinct depending on the selected olfactory neuron can fix or bind and also recognize a large number of chemicals or odorous molecules. The olfactory neuron intended to be deposited on the support 3, is chosen from a plurality of olfactory neurons, for its properties or more exactly for the receptive properties of these eyelashes to capture or trap a particular odorous molecule.
A titre d'exemple, si le système de détection est destiné à capter certaines molécules odorantes présentent dans un liquide pollué tel que l'eau, le neurone olfactif peut être extrait du système neuronal olfactif d'une truite dont certains neurones olfactifs sont adaptés pour reconnaître de très faibles concentrations de molécules odorantes très spécifiques.For example, if the detection system is intended to capture certain odorous molecules present in a polluted liquid such as water, the olfactory neuron can be extracted from the olfactory neural system of a trout, certain olfactory neurons of which are adapted to recognize very low concentrations of very specific odorous molecules.
Pour fixer le neurone olfactif 7 sélectionné sur le support 3, on utilise un polymère ayant des propriétés d'isolations électriques tout en permettant la fixation du neurone olfactif. Le dépôt du polymère 10 sur le support 3 est réalisé par voie électrochimique en plongeant au moins en partie sur le support 3 et une électrode de référence (non représentée) dans un electrolyte liquide à base d'au moins un sel et d'un solvant. Le support 3 et l'électrode de référence peuvent être réalisés en platine, en or ou en carbone vitreux ou alors à base de silicium du type p d'épaisseur contrôlée. On amène ensuite le support 3 et l'électrode de référence à un potentiel au moins égal au potentiel d'oxydation dudit solvant pour permettre la fixation du polymère 10 sur' le support 3 et sur l'électrode de référence. A titreTo fix the olfactory neuron 7 selected on the support 3, use is made of a polymer having electrical insulation properties while allowing the fixation of the olfactory neuron. The deposition of the polymer 10 on the support 3 is carried out electrochemically by immersing at least partially on the support 3 and a reference electrode (not shown) in a liquid electrolyte based on at least one salt and one solvent . The support 3 and the reference electrode can be made of platinum, gold or glassy carbon or else based on p-type silicon of controlled thickness. Then causes the support 3 and the reference electrode at a potential at least equal to the oxidation potential of said solvent to allow the attachment of the polymer 10 of 'the support 3 and the reference electrode. As
• d'exemple, le solvant utilisé peut être choisi parmi une diamine primaire aliphatique saturée pure, une tri-amine primaire aliphatique saturée pure ou un amino-thiol aliphatique saturé ou bien encore un dithiol aliphatique saturé.• for example, the solvent used can be chosen from a pure saturated aliphatic primary diamine, a pure saturated aliphatic primary tri-amine or a saturated aliphatic amino-thiol or else a saturated aliphatic dithiol.
Il suffit ensuite de retirer le support 3 de 1 ' electrolyte et de placer le neurone olfactif choisi pour capter sélectivement une molécule odorante sur le polymère 10 ainsi obtenu et qui recouvre le support. Le polymère présente la propriété d'être un polymère isolant électrique, ce qui permet lors de sa réalisation par électrosynthèse de stopper naturellement sa formation en obtenant ainsi un revêtement polymérique très mince.. Par ailleurs, le polymère est avantageusement choisi pour .être non toxique et biocompatible avec le neurone olfactif choisi.It then suffices to remove the support 3 from the electrolyte and to place the olfactory neuron chosen to selectively capture an odorous molecule on the polymer 10 thus obtained and which covers the support. The polymer has the property of being an electrical insulating polymer, which makes it possible, during its production by electrosynthesis, to naturally stop its formation, thereby obtaining a very thin polymeric coating. Furthermore, the polymer is advantageously chosen to be non-toxic and biocompatible with the chosen olfactory neuron.
Selon le premier mode de réalisation représenté sur la figure 2, le neurone olfactif 7 est en contact avec un système de mesure 8 lui-même relié à une unité de traitement 9 adaptée pour analyser les informations directement obtenues par l'unité de mesure 8. Cette unité de mesure comprend .une première microélectrode de référence 81 présentant une extrémité reliée à l'unité de traitement 9 et une deuxième extrémité disposée à la surface et au contact de la membrane plasmique 70 de l'axone 73 du neurone olfactif 7., et une deuxième microélectrode de mesure 82 présentant une première extrémité reliée à l'unité de traitement 9 et une deuxième extrémité disposée à l'intérieur de la membrane plasmique 70 de l'axone 73 du neurone olfactif 7.According to the first embodiment shown in FIG. 2, the olfactory neuron 7 is in contact with a measurement system 8 itself connected to a processing unit 9 adapted to analyze the information directly obtained by the measurement unit 8. This measurement unit comprises a first reference microelectrode 81 having one end connected to the processing unit 9 and a second end disposed on the surface and in contact with the plasma membrane 70 of the axon 73 of the olfactory neuron 7., and a second measurement microelectrode 82 having a first end connected to the processing unit 9 and a second end disposed inside the plasma membrane 70 of the axon 73 of the olfactory neuron 7.
Le couvercle 5 du système de détection comprend, quant à lui, deux ouvertures traversantes 51, 52 destinées à recevoir de manière étanche les microélectrodes 81 et 82. Le couvercle 5 comprend également une fenêtre traversante 53 permettant une communication entre le milieu extérieur et l'enceinte 6. L' entretoise 4 peut également comprendre au niveau de sa face inférieure 41 un évidement 43 destiné à délimiter une fenêtre 44 avec la face supérieure 22 de l'embase 2. La fenêtre traversante 53 du couvercle 5 peut par exemple constituer l'orifice d'entrée du fluide à analyser à l'intérieur de l'enceinte 6 tandis que l'ouverture 44 constitue l'orifice d'évacuation du fluide à analyser de l'enceinte 6 après avoir été mis en contact avec le neurone olfactif 7 et plus exactement avec les dendrites 72 de ce neurone olfactif. Lorsque le système de détection n'est pas utilisé en vue d'analyser un fluide, l'enceinte 6 est remplie avec du milieu de culture spécifique permettant de maintenir en vie le neurone olfactif, les orifices d'entrée 53 et d'évacuation 43 étant alors temporairement obturés, par des moyens appropriés tels que des bouchons.The cover 5 of the detection system comprises, meanwhile, two through openings 51, 52 intended to receive in sealed manner the microelectrodes 81 and 82. The cover 5 also includes a through window 53 allowing communication between the external medium and the enclosure 6. The spacer 4 may also include at its lower face 41 a recess 43 intended to delimit a window 44 with the upper face 22 of the base 2. The through window 53 of the cover 5 may for example constitute the orifice for entering the fluid to be analyzed inside the enclosure 6 while the opening 44 constitutes the orifice for discharging the fluid to be analyzed from the enclosure 6 after being brought into contact with the olfactory neuron 7 and more precisely with the dendrites 72 of this olfactory neuron. When the detection system is not used to analyze a fluid, the enclosure 6 is filled with specific culture medium making it possible to keep the olfactory neuron, the inlet 53 and outlet 43 openings then being temporarily closed, by suitable means such as plugs.
A l'inverse, lorsqu'on souhaite analyser un fluide, ou plus exactement détecter la présence ou non d'une molécule spécifique dans ce fluide, il suffit de remplacer dans l'enceinte 6 le milieu de culture destiné à maintenir en vie le neurone olfactif 7 par le fluide à analyser.Conversely, when one wishes to analyze a fluid, or more precisely to detect the presence or not of a specific molecule in this fluid, it suffices to replace in enclosure 6 the culture medium intended to keep the neuron alive. olfactory 7 by the fluid to be analyzed.
Lorsque le fluide à analyser est présent .dans l'enceinte 6, le neurone olfactif qui a été choisi pour capter sélectivement une molécule odorante ' spécifique, fixe alors au moyen de ses dendrites 72 ladite molécule odorante. Cette capture de la molécule odorante spécifique modifie alors la concentration des molécules . chargées électriquement, - telles que les ions de potassium K+ et les ions de sodium Na+,' le long de l'axone 73 du neurone 7 en modifiant ainsi sa résistance électrique intrinsèque. Cette modification de la résistance électrique intrinsèque du neurone olfactif 7 est alors détectée au .moyen des deux microélectrodes 81 et 82, ce qui permet à l'unité de traitement 9 d'analyser et d'interpréter les mesures effectuées en vue d'émettre une information sur la présence et la concentration de la molécule odorante spécifique présente dans le fluide analysé. Les électrodes de mesure 82 et de référence 81 étant disposées respectivement à l'intérieur de la membrane plasmique 70 et' à la surface de la membrane plasmique 70 de l'axone 73, il est alors possible, à titre d'exemple, de mesurer le courant ionique Na+ qui entre dans la membrane plasmique 70 au travers des canaux à Na+ voltage-dépendants ou le courant ionique K+ qui traverse la membrane plasmique 70 en direction de l'enceinte 6 au travers des canaux à K+ voltage-dépendants. Cette technique électrophysiologique des propriétés des canaux ioniques K+ et Na+ des neurones en général est également connue comme., la technique du "patch-clamp" .When the fluid to be analyzed is present .in the enclosure 6, the olfactory neuron that has been chosen to selectively capture a scent molecule specific, then fixed by means of its dendrites 72 said odoriferous molecule. This capture of the specific odorous molecule then modifies the concentration of the molecules. electrically charged, - such as potassium ions K + and sodium ions Na + , 'along the axon 73 of neuron 7 thereby modifying its intrinsic electrical resistance. This modification of the intrinsic electrical resistance of the olfactory neuron 7 is then detected by means of the two microelectrodes 81 and 82, which allows the processing unit 9 to analyze and interpret the measurements carried out with a view to emitting a information on the presence and concentration of the specific odor molecule present in the fluid analyzed. Since the measurement and reference electrodes 82 and 81 are disposed respectively inside the plasma membrane 70 and ' on the surface of the plasma membrane 70 of the axon 73, it is then possible, for example, to measure the ionic current Na + which enters the plasma membrane 70 through voltage-dependent Na + channels or the ionic current K + which crosses the plasma membrane 70 in the direction of enclosure 6 through the voltage-dependent K + channels. This electrophysiological technique of the properties of the K + and Na + ion channels of neurons in general is also known as., The "patch-clamp" technique.
Selon une seconde forme de réalisation de l'invention représentée sur la figure 3, l'unité de mesure 8 comprend une fibre optique d'excitation 83 qui comprend une première extrémité reliée à une source ou des sources lumineuses intégrées dans l'unité de traitement 9 et une deuxième extrémité logée de manière étanche dans une ouverture traversante réalisée sur le couvercle 5. Cette fibre optique 83 d'excitation est destinée à émettre une lumière d'excitation en direction du neurone olfactif 7 et plus exactement au niveau du corps - cellulaire 71 pour permettre à la lumière d'excitation d' interagir avec la ou les molécules odorantes piégées dans le neurone olfactif. La lumière d'excitation peut par exemple être choisie pour interagir par phénomène de fluorescence avec les ions Ca2 + libérés par le soma ou corps cellulaire 71' du neurone olfactif 7. Le rayonnement fluorescent ainsi émis depuis le corps cellulaire 71 du neurone olfactif 7 est reçu par une deuxième fibre optique de réception 84 qui renvoie le rayonnement à détecter vers l'unité de traitement 9. Bien entendu, l'unité de traitement 9 et l'alimentation lumineuse peuvent être adaptées suivant le ou les fibres optiques utilisées et les phénomènes à étudier tels que les phénomènes d'absorption, de fluorescence, de résonance, ou de phénomènes interférométriques dépendant du mode de réalisation des fibres optiques 82, 84 de détection. De plus, les extrémités des fibres optiques 83, 84 disposées dans l'ouverture réalisée dans le couvercle 5 peuvent être associées à un système optique 85 permettant la focalisation de la lumière d'excitation sur le neurone olfactif 7 et également l'optimisation de la réception du rayonnement à détecter par la fibre optique de réception 84. A titre d'exemple, la mesure du flux ionique de l'ion Ca2+ est assurée par la quantification de la fluorescence d'une substance telle que la rodamine B. La fluorescence de la rodamine B est bloquée par la concentration de l'ion Ca2+. Comme on peut le voir sur la figure 4 qui représente une troisième forme de réalisation de ,1 ' invention, l'enceinte 6 ou plus exactement l'embase 2 peut être pourvue d'une pluralité de supports 3, chaque support 3 étant destiné à recevoir de manière fixe un neurone olfactif distinct permettant éventuellement de détecter chacun une molécule odorante spécifique. Dans ce cas, chaque neurone olfactif fixé sur un support 3 sera., associé à une unité de mesure 8 reliée à une unité de traitement 9. Par ailleurs, le système de détection présentant de très faibles dimensions, l'embase 2, l' entretoise 4 et le couvercle 5 peuvent être réalisés à partir d'éléments en silicium conformés par usinage chimique. According to a second embodiment of the invention shown in FIG. 3, the measurement unit 8 comprises an excitation optical fiber 83 which comprises a first end connected to a source or light sources integrated in the processing unit 9 and a second end housed in a sealed manner in a through opening made on the cover 5. This optical fiber 83 of excitation is intended to emit an excitation light in the direction of the olfactory neuron 7 and more exactly at the level of the body - cell 71 to allow the excitation light to interact with the odorous molecule (s) trapped in the olfactory neuron. The excitation light can for example be chosen to interact by fluorescence phenomenon with the Ca 2 + ions released by the soma or cell body 71 ′ of the olfactory neuron 7. The fluorescent radiation thus emitted from the cell body 71 of the olfactory neuron 7 is received by a second receiving optical fiber 84 which returns the radiation to be detected to the processing unit 9. Of course, the processing unit 9 and the light supply can be adapted according to the optical fiber or fibers used and the phenomena to be studied such as absorption, fluorescence, resonance, or interferometric phenomena depending on the embodiment of the detection optical fibers 82, 84. In addition, the ends of the optical fibers 83, 84 arranged in the opening made in the cover 5 can be associated with an optical system 85 allowing the focusing of the excitation light on the olfactory neuron 7 and also the optimization of the reception of the radiation to be detected by the receiving optical fiber 84 By way of example, the measurement of the ion flux of the Ca 2+ ion is ensured by quantifying the fluorescence of a substance such as rodamine B. The fluorescence of rodamine B is blocked by the concentration of l 'ion Ca 2+ . As can be seen in FIG. 4 which represents a third embodiment of the invention, the enclosure 6 or more exactly the base 2 can be provided with a plurality of supports 3, each support 3 being intended to permanently receive a separate olfactory neuron, possibly allowing each to detect a specific odor molecule. In this case, each olfactory neuron fixed on a support 3 will be associated with a measurement unit 8 connected to a processing unit 9. Furthermore, the detection system having very small dimensions, the base 2, the spacer 4 and cover 5 can be made from silicon elements shaped by chemical machining.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de détection d'au moins une substance chimique du type comprenant un capteur de mesure (7) pour capter sélectivement la substance chimique à détecter, et une unité de mesure (8) associée au capteur de mesure (7) et destinée à être reliée à une unité de traitement (9) pour déterminer ou non la présence de 'ladite substance chimique à détecter, caractérisé en ce que le capteur de mesure comprend au moins un neurone olfactif- (7) choisi pour capter sélectivement la substance chimique à détecter, et en ce que le neurone olfactif (7) est disposé de manière fixe sur un support (3) pour coopérer avec l'unité de mesure (8). 1. System for detecting at least one chemical substance of the type comprising a measurement sensor (7) for selectively capturing the chemical substance to be detected, and a measurement unit (8) associated with the measurement sensor (7) and intended for be connected to a processing unit (9) for determining the presence or absence of 'said chemical substance to be detected, characterized in that the sensor comprises at least one neuron olfactif- (7) selected for selectively sensing the chemical substance detect, and in that the olfactory neuron (7) is fixedly disposed on a support (3) to cooperate with the measurement unit (8).
2. Système de détection selon la revendication 1, dans lequel le support (3) est recouvert au moins en partie d'un isolant électrique (10) sur lequel est rapporté de manière fixe le neurone olfactif (7).2. Detection system according to claim 1, in which the support (3) is covered at least in part with an electrical insulator (10) on which the olfactory neuron (7) is fixedly attached.
3. Système de détection selon la revendication' 2, dans lequel l'isolant électrique (10) comprend un polymère3. Detection system according to claim '2, wherein the electrical insulator (10) comprises a polymer
(10) adapté pour permettre en outre la fixation du neurone olfactif (7).(10) adapted to further allow fixation of the olfactory neuron (7).
4. Système de détection selon la revendication 3, dans lequel le dépôt du polymère (10) sur le support (3) est réalisé par voie électrochimique en plongeant au moins en partie le support (3) et une électrode de référence dans un electrolyte liquide à base d'au moins un sel et d'un solvant, et .en amenant le support et l'électrode de référence à un potentiel au moins égal au potentiel d'oxydation dudit solvant.4. Detection system according to claim 3, in which the deposition of the polymer (10) on the support (3) is carried out electrochemically by at least partially immersing the support (3) and a reference electrode in a liquid electrolyte based on at least one salt and on a solvent, and. by bringing the support and the reference electrode to a potential at least equal to the oxidation potential of said solvent.
5. Système de détection selon la revendication 4, dans lequel le solvant est choisi parmi une diamine primaire aliphatique saturée pure, une tri-amine primaire aliphatique saturée pure, un amino-thiol aliphatique saturé et un dithiol aliphatique saturé.5. Detection system according to claim 4, in which the solvent is chosen from a primary diamine pure saturated aliphatic, a pure saturated primary tri-amine, a saturated aliphatic amino-thiol and a saturated aliphatic dithiol.
6. Système de détection selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de mesure6. Detection system according to any one of the preceding claims, in which the measurement unit
(8) comprend au moins une électrode de mesure (82) et une électrode de référence (81) en contact avec le neurone olfactif (7), lesdites électrodes de mesure (81) et de référence (82) étant destinées à être reliées à l'unité de traitement (9) .(8) comprises at least one measurement electrode (82) and one reference electrode (81) in contact with the olfactory neuron (7), said measurement (81) and reference (82) electrodes being intended to be connected to the processing unit (9).
7. Système de détection selon la revendication β, dans lequel le neurone olfactif (7) présente un corps cellulaire (71) qui se prolonge, de part et d'autre, par des dendrites (72) et un axone (73) présentant une membrane plasmique (70), et l'électrode de mesure (82) est disposée à l'intérieur de la membrane plasmique (70) de l'axone (73), tandis que l'électrode de référence (81) est disposée au contact de la surface de la membrane plasmique (70) dudit axone (73) . 7. Detection system according to claim β, in which the olfactory neuron (7) has a cell body (71) which is extended, on either side, by dendrites (72) and an axon (73) having a plasma membrane (70), and the measurement electrode (82) is disposed inside the plasma membrane (70) of the axon (73), while the reference electrode (81) is disposed in contact of the surface of the plasma membrane (70) of said axon (73).
8. Système de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'unité de mesure (8) comprend, d'une part, des moyens d'émission (83) d'une lumière d'excitation en direction du neurone olfactif (7) pour permettre à la lumière d'excitation d' interagir avec la substance chimique à détecter pour produire un rayonnement à détecter, et d'autre part, des moyens de réception (84) pour recevoir le rayonnement à détecter émis par la substance chimique, lesdits moyens de réception (84) étant reliés à l'unité de traitement (9). 8. Detection system according to any one of claims 1 to 5, in which the measurement unit (8) comprises, on the one hand, means for emitting (83) an excitation light in the direction olfactory neuron (7) to allow the excitation light to interact with the chemical to be detected to produce a radiation to be detected, and secondly, receiving means (84) for receiving the radiation to be detected emitted by the chemical, said receiving means (84) being connected to the processing unit (9).
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