Microfluidique : analyse microbiologique haut débit à l’échelle d’une goutte – Burkert France, partenaire de la révolution Millidrop

MilliDrop, société spécialisée en instrumentation, révolutionne le secteur de l’analyse microbiologique. La technologie de rupture, développée par la start-up française fondée en 2017, multiplie à l’infini les possibilités de culture de micro-organismes à l’intérieur d’une seule goutte !

Grâce à sa technologie exclusive de culture et d'analyse par gouttelettes, MilliDrop fournit un système révolutionnaire de culture et d'analyse microbienne. Le système MilliDrop Analyzer permet en effet d'isoler, de cultiver et de caractériser des micro-organismes dans des milliers de bioréacteurs miniaturisés (microgouttelettes) en parallèle, ce qui permet de réaliser un grand nombre d'expériences et de générer des données d’une grande fiabilité.

Cette solution inédite sur le marché offre désormais à la recherche en microbiologie de nombreuses perspectives dans des domaines variés : santé, agriculture, agroalimentaire, énergie, environnement et biotechnologies et permet par ailleurs aux sites industriels de relever des défis de performance, de productivité et d’économie d’échelle.

Forum Labo 2019 marque le début de la collaboration avec Burkert

En 2019, Burkert France et Millidrop entament leur collaboration afin de perfectionner le système et d’envisager son industrialisation. Burkert France, avec le soutien des SystemHaus basés en Allemagne pour la conception à façon, a participé significativement à l’amélioration de la spécification initiale, en se concentrant tout d’abord sur le flux, le choix des composants finaux et l'intégration de ces composants pour aboutir à un nouveau design répondant aux cinq défis suivants :

- Augmenter la fiabilité
- Réduire le temps d'assemblage et la maintenance
- Augmenter la répétabilité
- Réduire les risques de fuites et de contamination
- Réduire le nombre de fournisseurs

La solution mise en œuvre

Au terme d’une installation exigeante, les équipes de Burkert ont conçu deux manifolds :
• Un manifold pneumatique qui gère les contrôles des liquides et de l'air via différents contrôleurs de pression, vannes pneumatiques et capteurs.
• Un collecteur liquide avec des réservoirs, des micro-vannes, des capteurs, des filtres et des pompes.

Type 8763 - Régulateur de pression pour dosage précis temps/pression
Dosage reproductible et précis de liquides de l’ordre du µm
Temps de réaction en millisecondes et décharge de pression active pour la meilleure performance de régulation
Communication numérique pour intégration aisée dans votre réseau de bus de terrain
Extension de fonctionnalité par entrée de capteur supplémentaire + sortie actionneur par ex. pour une pompe ou un capteur de pression supplémentaire
Vanne de purge active pour minimiser la consommation de gaz porteur coûteux

Type 6724 - Whisper Valve à 2/2 ou 3/2 voies avec séparation du fluide
Résistance chimique maximale
Design compact avec une largeur de construction de 8,9 mm
Diamètre nominal 0,8 mm (vide jusqu’à 5 bars) et 1,2 mm (vide jusqu’à 3 bars)
Commutation très rapide, presque silencieuse à < 20 dB (A) et puissance absorbée très faible
Étanchéité élevée à la pression de retour, excellente faculté de nettoyage et facteur de marche de 100%

Après un an de tests d'endurance, l’ambition est d’installer à court terme une dizaine de systèmes auprès d’entités partenaires en milieu hospitalier et recherche académique

Détail du fonctionnement du MDA

L'innovation principale consiste à manipuler des gouttelettes de taille millimétrique dans des capillaires.
Chaque gouttelette a un volume de seulement 1 μl et peut contenir entre 1 et 1 million de cellules. Les micro-organismes sont mis en suspension et cultivés dans un milieu de culture dans ce volume exceptionnellement minuscule. Des micro-organismes individuels ou des communautés microbiennes sont placés en suspension dans des milieux de culture, dans les puits d'une microplaque. Pour chaque échantillon, des gouttelettes de l'ordre du millimètre sont formées par aspiration, et stockées dans un capillaire contenant jusqu'à plusieurs milliers de gouttelettes. Les gouttelettes sont isolées des parois du capillaire par un film d'huile, et les unes des autres par des bulles d'air, ce qui les rend totalement indépendantes. Cela permet d'éviter toute contamination croisée éventuelle et fournit le gaz nécessaire à la croissance optimale des micro-organismes. Les conditions de culture sont encore améliorées, puisque les gouttelettes sont stockées dans un capillaire fermé, de sorte qu'aucune évaporation du milieu de culture ne peut se produire. Le capillaire est placé dans une enceinte à température contrôlée (de 15°C à 50°C) pour incuber les micro-organismes dans chaque gouttelette.
Les gouttelettes sont maintenues en circulation continue et alimentées devant un système de détection optique intégré qui suit et contrôle en continu chaque gouttelette individuellement, en maintenant leur ordre respectif.

Le système optique est équipé de modules d'analyse de fluorescence et de diffusion de la lumière qui détectent la croissance des micro-organismes, les molécules qu'ils expriment et enregistrent les changements dans le temps. À la fin de l'expérience, les gouttelettes peuvent être sélectionnées en fonction des caractéristiques mesurées pendant l'incubation et peuvent être récupérées dans une plaque de micropuits pour une analyse en aval (séquençage ADN/ARN, protéomique, stockage). Une des caractéristiques majeures du MDA est l'incroyable homogénéité des conditions de croissance sur les milliers de gouttelettes. Cela en fait un outil unique pour l'analyse et la manipulation de cellules à grande échelle, en particulier pour le phénotypage des communautés microbiennes. De plus, la taille miniaturisée des gouttelettes par rapport aux récipients de culture traditionnels correspond à une échelle critique des communautés microbiennes, ce qui permet aux chercheurs d'étudier leurs interactions à une échelle jusqu'ici inaccessible et qui est essentielle pour comprendre la structure et la dynamique des communautés microbiennes multi-espèces.

Rappelons que Burkert Fluid Control Systems est l’un des leaders mondiaux dans la fabrication de systèmes de mesure, de contrôle et de régulation des liquides et des gaz. Les produits Burkert sont utilisés dans un large éventail d’industries et d’applications - allant des brasseries et des laboratoires à la technologie médicale, en passant par la bio-ingénierie et l’aérospatiale. Avec un portefeuille de plus de 30 000 produits, Burkert est le seul fournisseur à offrir tous les composants d’un système de régulation des fluides : des électrovannes aux vannes de process et d’analyse, en passant par les actionneurs pneumatiques et les capteurs. La société, dont le siège se trouve à Ingelfingen dans le sud de l’Allemagne, dispose d’un vaste réseau de vente dans 36 pays et compte plus de 3000 employés dans le monde.
Avec cinq Systemhaus en Allemagne, en Chine et aux USA, ainsi que quatre centres de recherche, Burkert développe en permanence des solutions personnalisées et des produits innovants.

Pour en savoir plus :
www.burkert.com - www.burkert.fr/fr - www.millidrop.com


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