Dans cette interview réalisée à Pittcon 2023 à Philadelphie, en Pennsylvanie, nous avons parlé au lauréat de cette année du prix Ralph N. Adams en chimie analytique, le professeur Joseph Wang, de la polyvalence et des orientations futures des technologies de biocapteurs.
Sommaire
Pouvez-vous vous présenter ainsi que vos activités de recherche actuelles ?
Je m’appelle Joseph Wang et je suis professeur de nano-ingénierie à l’UC San Diego, spécialisé dans le développement de capteurs portables et de robots à micro-échelle pour des applications biomédicales.
Je conçois actuellement des capteurs électrochimiques portables pour tous les types d’applications, telles que les points de service et l’auto-test. Je me concentre sur un appareil portable et plus petit pour les diagnostics cliniques, la sécurité, le bien-être, etc.
Comment êtes-vous entré dans ce domaine de recherche ?
Quand j’ai commencé dans les années 80, la nanotechnologie n’existait pas et les capteurs portables n’étaient pas une chose.
Ma formation principale est en chimie analytique. Je suis diplômé du Technion en Israël et j’ai décidé de venir aux États-Unis pour poursuivre ma carrière universitaire. Dans mes recherches, j’aime aller dans de nouvelles directions, répondre aux besoins sociétaux émergents en matière de médecine, de sécurité ou de changement climatique et créer de nouvelles frontières et capacités.
Quels sont les inconvénients associés aux méthodes de diagnostic classiques ?
Les méthodes de diagnostic classiques ont tendance à être mieux adaptées à la mesure du sang sur place. Cette forme de méthode est effectuée périodiquement, par exemple deux fois par an, et vous donne une seule mesure. Cependant, certaines circonstances nécessitent de surveiller les informations biochimiques car elles fluctuent, comme les diabétiques.
Chez les diabétiques, nous avons ce que nous appelons CGM, Continuous Glucose Monitor, qui surveille la fluctuation du glucose. Ce type de fluctuation doit également être surveillé pour le cœur, le stress, le bien-être et la nutrition.
La mesure mensuelle ou trimestrielle du sang est une méthode insuffisante, car vous ne pouvez pas vous faire une idée de l’image globale et identifier des tendances. Ce n’est pas seulement le cas en médecine, mais aussi en fitness ; vous souhaitez surveiller en permanence votre hydratation ou votre lactate – qui fluctuent tous.
Il existe de nombreuses variations temporelles dans les maladies rénales et cardiaques. Ainsi, prendre une seule mesure ne fournira pas d’informations utiles.
Crédit d’image : Employé d’amour/Shutterstock.com
Pourquoi les capteurs électrochimiques sont-ils si intéressants pour ces applications ?
Si vous regardez le marché du glucose, il est dominé par les appareils électrochimiques. La beauté d’un capteur électrochimique réside dans le fait qu’il s’agit d’un petit appareil compact et portable, facile à produire en masse avec une faible consommation d’énergie, ce qui en fait des technologies très attrayantes.
Par exemple, le test sanguin au bout du doigt, un appareil mobile d’auto-test ou portable, repose sur l’électrochimie en raison de ces propriétés uniques.
Pourriez-vous donner quelques exemples de molécules cibles que ces capteurs pourraient détecter ?
Nous créons des capteurs d’alcool ou d’opioïdes portables pour aider à prévenir la conduite en état d’ébriété ou l’abus de drogues. Un capteur capable de surveiller les niveaux de cortisol serait également très avantageux lorsqu’il s’agit de déterminer les niveaux de stress. D’autres cibles utiles seraient les vitamines pour aider à surveiller la nutrition personnelle.
Nous souhaitons également développer un capteur permettant d’identifier les oligo-éléments et les minéraux dans les compléments alimentaires. Les agents neurotoxiques pour surveiller l’environnement du corps – tels que les électrolytes, les métabolites et les hormones – sont d’autres cibles viables.
Y a-t-il des défis à relever avant d’utiliser ces capteurs ?
La beauté de ces capteurs est qu’ils sont non invasifs, car vous n’avez pas besoin de prélever physiquement un échantillon de sang. Cependant, tout doit être validé en comparant au sang, qui est l’étalon-or, donc nous devons également valider sans conditions contrôlées. D’autres défis incluent les changements de température ambiante, par exemple, lorsque vous courez en été par rapport à en hiver. Les biorécepteurs communs, tels que les enzymes, ne sont pas aussi stables dans des conditions extrêmes non contrôlées.
Il y a aussi le problème de l’encrassement biologique. En termes de mobilité, il est facile de mesurer vos pas, vos calories ou votre artère ECG car ce sont des caractéristiques physiques. Cependant, lorsqu’il s’agit de détection chimique, vous avez besoin d’un biorécepteur et vous devez l’immobiliser pour le rendre stable. C’est pourquoi nous n’en avons pas beaucoup à l’exception du glucose.
Félicitations pour avoir reçu le prix Ralph N. Adams de cette année en chimie analytique. Qu’est-ce que cela signifie d’être le récipiendaire de ce prix?
C’est un grand honneur d’avoir reçu ce prix, d’autant plus que je connaissais personnellement Ralph Adam. Ralph Adam est décédé en 2002; c’était un scientifique fantastique et, plus important encore, une personne merveilleuse. Il avait une vision et partageait mon idée de rendre les récepteurs simples mais créatifs.
Il a été le premier à placer des électrodes dans le cerveau de petits animaux et à mieux comprendre les substances neurochimiques du cerveau. C’était dans les années 70. À l’heure actuelle, je mets maintenant des électrodes dans la peau. La progression dans ce domaine est stupéfiante, mais cela n’aurait pas été possible sans de grands scientifiques comme Ralph.
Sur quoi travaillez-vous en ce moment qui vous passionne particulièrement ?
Mon équipe comprend 40 personnes à l’UC San Diego, et il y a aussi deux sous-groupes. Un groupe se concentre sur le capteur portable, et l’autre se concentre sur la nanomachine microrobot. Ce dernier est un appareil qui nage autour du corps pour délivrer des médicaments.
La technologie portable est relativement nouvelle dans le domaine de la détection chimique, et nous, en tant qu’équipe, sommes les pionniers du « laboratoire sur la peau ». C’est vraiment excitant de pouvoir faire de la chimie sur la peau, la bouche, les lentilles de contact et sous la peau avec ce qu’on appelle une micro-aiguille. Tout biofluide, tel que la sueur, la salive, les larmes et le liquide interstitiel (IF), est appliqué à l’aide d’une plate-forme à micro-aiguilles. Certains exemples incluent un tatouage sur la peau, un protège-dents dans la bouche et des lentilles de contact dans les yeux.
Pourquoi est-il si important pour les chercheurs et les particuliers de se rencontrer en personne lors d’événements comme Pittcon ?
En raison de la pandémie de COVID-19, nous avons raté les événements en personne des deux dernières années. L’année dernière, j’ai reçu la prestigieuse médaille Talanta, mais c’était un événement virtuel, j’ai donc raté l’interaction directe que vous pouvez avoir avec les chercheurs, les collègues et les jeunes étudiants qui étaient présents.
Cependant, à Pittcon 2023, j’ai eu la chance d’avoir été sélectionné pour présenter une session en personne. C’était fantastique d’avoir à nouveau l’opportunité de rencontrer des collègues en face à face après plusieurs longs mois d’utilisation de Zoom.
Qu’attendez-vous avec impatience pour Pittcon San Diego l’année prochaine?
Outre son environnement magnifique, San Diego est un chef de file dans le monde de la biotechnologie et abrite de nombreuses grandes entreprises telles qu’Illumina, Dexcom et Qualcomm. Ainsi, ce salon regorgera sans aucun doute d’innombrables opportunités.
À propos du professeur Joseph Wang
Joseph Wang est professeur émérite, titulaire de la chaire dotée du SAIC et ancien directeur du département de nano-ingénierie de l’Université de Californie à San Diego (UCSD). Il est également directeur du UCSD Center of Wearable Sensors et codirecteur du UCSD Center of Mobile Health Systems and Applications (CMSA). Il a été directeur du Center for Bioelectronics and Biosensors de l’Arizona State University (ASU) avant de rejoindre l’UCSD. Ses intérêts scientifiques sont concentrés dans les domaines de la bioélectronique, des appareils portables, des biocapteurs, de la bionanotechnologie, des nanomachines et des microrobots, des matériaux flexibles et de la chimie électroanalytique. Le professeur Wang a publié plus de 1 200 articles, 11 livres et il détient 30 brevets (indice H = 194, > 150 000 citations).
Wang est membre de l’Académie nationale des inventeurs des États-Unis et membre honoraire de l’Académie nationale des sciences de Turquie. Il a reçu 2 American Chemical Society National Awards en 1999 (Instrumentation) et 2006 (Electrochimie), ECS Sensor Achievement Award (2018), la IUPAC Analytical Chemistry Medal (2021), IEEE Sensors Achievement Award (2021), le Pittcon Ralph Adams Award for Bioanalytical Chemistry (2023), Spiers Memorial Award (2013), les médailles Breyer et Heyrovsky d’Australie et de République tchèque, respectivement, la médaille Talanta (Elsevier), la médaille Spiers RSC (Royaume-Uni) et 8 professeurs honoraires d’Espagne, d’Argentine, de République tchèque République tchèque, Roumanie, Chine et Slovénie. Le professeur Wang a fait partie de la liste Thompson Reuters des «chercheurs hautement cités» (2015-2022), a été rédacteur en chef fondateur de Électroanalyse (Wiley)et est boursier RSC, ECS et AIMBE.
Il est professeur émérite, titulaire de la chaire dotée du SAIC et ancien directeur du département de nano-ingénierie de l’Université de Californie à San Diego (UCSD). Il est également directeur du UCSD Center of Wearable Sensors et codirecteur du UCSD Center of Mobile Health Systems and Applications (CMSA). Il a été directeur du Center for Bioelectronics and Biosensors de l’Arizona State University (ASU) avant de rejoindre l’UCSD. Ses intérêts scientifiques sont concentrés dans les domaines de la bioélectronique, des appareils portables, des biocapteurs, de la bionanotechnologie, des nanomachines et des microrobots, des matériaux flexibles et de la chimie électroanalytique. Le professeur Wang a publié plus de 1 200 articles, 11 livres et il détient 30 brevets (indice H = 194, > 150 000 citations). Wang est membre de l’Académie nationale des inventeurs des États-Unis et membre honoraire de l’Académie nationale des sciences de Turquie.
Il a reçu 2 American Chemical Society National Awards en 1999 (Instrumentation) et 2006 (Electrochimie), ECS Sensor Achievement Award (2018), la IUPAC Analytical Chemistry Medal (2021), IEEE Sensors Achievement Award (2021), le Pittcon Ralph Adams Award for Bioanalytical Chemistry (2023), Spiers Memorial Award (2013), les médailles Breyer et Heyrovsky d’Australie et de République tchèque, respectivement, la médaille Talanta (Elsevier), la médaille Spiers RSC (Royaume-Uni) et 8 professeurs honoraires d’Espagne, d’Argentine, de République tchèque République tchèque, Roumanie, Chine et Slovénie. Le professeur Wang a fait partie de la liste Thompson Reuters des «chercheurs hautement cités» (2015-2022), a été rédacteur en chef fondateur de Électroanalyse (Wiley)et est boursier RSC, ECS et AIMBE.
À propos de Pitcon
Pittcon est la plus grande conférence et exposition annuelle de premier plan au monde sur la science de laboratoire. Pittcon attire plus de 16 000 participants de l’industrie, du milieu universitaire et du gouvernement de plus de 90 pays à travers le monde.
Leur mission est de parrainer et de soutenir des activités éducatives et caritatives pour l’avancement et le bénéfice de l’effort scientifique.
Le public cible de Pittcon n’est pas seulement les « chimistes analytiques », mais tous les scientifiques de laboratoire – toute personne qui identifie, quantifie, analyse ou teste les propriétés chimiques ou biologiques de composés ou de molécules, ou qui gère ces scientifiques de laboratoire.
S’étant développé au-delà de ses racines dans la chimie analytique et la spectroscopie, Pittcon est devenu un événement qui dessert désormais également un public diversifié englobant les sciences de la vie, la découverte pharmaceutique et l’assurance qualité, la sécurité alimentaire, l’environnement, le bioterrorisme et d’autres marchés émergents.
