Grâce aux nombreuses combinaisons de ses 396 récepteurs olfactifs différents, dont la plupart présentent des réactivités croisées pour les molécules odorantes, le nez humain est capable d'analyser plus d'un milliard de stimuli olfactifs. Afin de mimer ses performances, voire les dépasser (avec un fonctionnement en continu ou encore une détection de gaz dangereux imperceptibles par l'homme), et mesurer de manière objective et reproductible ces odeurs ou substances chimiques présentes dans l'air, des nez artificiels sont développés. Parmi ces nez artificiels, les nez électroniques (utilisant des capteurs à base de matériaux inorganiques ou organiques) représentent les systèmes les moins onéreux et les plus stables. Cependant, un problème de sélectivité, lié aux faibles interactions du capteur avec les molécules odorantes présentes dans l'air, limite leur performance.
Pour la première fois au monde, les chercheurs du SyMMES/CREAB ont eu l'idée originale de combiner sur une même puce des peptides « généralistes » présentant des réactivités croisées et des peptides « spécialistes » présentant des affinités spécifiques pour des molécules odorantes ciblées.
Pour cela, en utilisant une cible modèle pour preuve de concept, en collaboration avec le laboratoire LIPhy (CNRS/UGA), ils ont effectué un criblage massif en utilisant la technique de « phage display* » leur permettant d'identifier cinq peptides très spécifiques présentant une sensibilité et une sélectivité optimales pour les BTEX (Benzène – Toluène – Ethylbenzène – Xylènes) sous certaines conditions expérimentales.
Ils ont montré que les nez électroniques obtenus avec l'ajout de ces nouveaux peptides « spécialisés » étaient capables de discriminer des composés organiques volatils purs issus de différentes familles chimiques, ainsi que des mélanges complexes, de manière très fine et cela à différents niveaux de concentration, ouvrant la voie au développement d'une nouvelle génération de nez électroniques biomimétiques aux performances inédites.
Analyse en composantes principales* pour six huiles essentielles utilisées comme mélanges complexes montrant comment les échantillons se regroupent ou se séparent selon leurs signatures chimiques et montrant ainsi les performances de discrimination du nez électronique biomimétique combinant des peptides « généralistes » à reconnaissance croisée et des peptides « spécialistes » plus sélectifs.
© CEA-Irig/SyMMES/CREAB/Y. Hou-Broutin
Cette stratégie pionnière de nez électronique biomimétique, qui combine ces deux types de peptides au sein d'un même dispositif, représente une avancée significative vers des systèmes d'olfaction artificielle, ouvrant la voie à des applications polyvalentes dans la surveillance environnementale, le contrôle de la qualité alimentaire, ainsi que dans les domaines de la santé et de la sécurité.
Phage display* : Technique développée dans les années 1980 permettant de sélectionner des peptides capables de se lier spécifiquement à une cible donnée. Cette technique permet un criblage massif de peptides (bibliothèque de 109 bactériophages affichant des peptides différents).
Analyse en composantes principales* : permet de répartir les échantillons les uns par rapport aux autres selon des composantes principales (PC). Chaque point représente un échantillon et sa position indique à quel point il ressemble ou diffère des autres. Les composantes principales regroupent l'information contenue dans beaucoup de variables initiales (réponses aux différents peptides). La première composante principale (PC1) combine les variables où la différence entre les échantillons est la plus importante. La deuxième composante principale explique la deuxième plus grande source de variation.
Tutelles UMR : SyMMES (CEA, CNRS, UGA, Grenoble INP)
Financements : ANR Siena (ANR-21-CE21-0009)
Collaborations : LIPhy (CNRS/UGA, Grenoble)