L'appareil au nez fin

Lorsqu'il s'agit de mesurer des traces infimes de composés chimiques volatils dans l'air, les appareils d'analyse du laboratoire de Pablo Sinues comptent parmi les plus sensibles au monde. Ils permettent littéralement de trouver une aiguille dans une botte de foin : La limite de détection des composés volatils dans l'air est de l'ordre d'une concentration d'un billionième - et ce en temps réel. Une analyse de l'air permet ainsi de détecter des explosifs cachés dans un conteneur de fret, par exemple, aussi rapidement et avec autant de sensibilité que les chiens renifleurs peuvent le faire. Mais contrairement aux chiens, les appareils de mesure de Sinues peuvent analyser simultanément une large palette de substances - et ils ne se fatiguent pas non plus. Sinues, privat-docent au laboratoire de chimie organique, vient d'augmenter encore la sensibilité déjà grande des appareils de mesure.

Ses appareils de mesure sont des spectromètres de masse spécialement adaptés, dans lesquels les échantillons sont chargés électriquement (ionisés) avant la mesure. Cette technique s'appelle l'ionisation secondaire par électrospray (SESI). Elle consiste à connecter un appareil d'ionisation des molécules présentes dans l'air à un spectromètre de masse disponible dans le commerce. Sinues est depuis dix ans à la pointe du développement de cette technique, qu'il a découverte à l'époque en tant que doctorant lors d'un séjour à l'université de Yale. En collaboration avec des chercheurs d'une entreprise spin-off en Espagne, qui commercialise aujourd'hui cette technique et avec laquelle il collabore dans le cadre d'un projet de recherche de l'UE, il a pu optimiser la géométrie de la chambre d'ionisation SESI. Cela a permis à la dernière génération de SESI d'être cinq fois plus sensible que la génération précédente.

Pour y parvenir, les chercheurs ont créé un modèle informatique de la chambre d'ionisation, dans lequel ils peuvent simuler en détail le processus d'ionisation. "Ce modèle nous a aidés à trouver la conception idéale de la chambre", explique Sinues.

De nouvelles molécules métaboliques mises en évidence

Lors d'expériences réalisées avec un appareil SESI amélioré, les scientifiques ont pu détecter des concentrations extrêmement faibles de médicaments et d'hormones endogènes qu'ils ont pulvérisées dans l'air : Selon le composé, une poignée à quelques dizaines de molécules dans un billion de molécules de l'air ambiant suffisaient pour la détection. "Cette sensibilité est suffisante pour que nos appareils SESI soient utilisés pour des analyses de l'air respiré en médecine", explique Sinues. "Lors des premiers essais avec le nouvel appareil de mesure SESI amélioré, nous avons pu mesurer dans l'air respiré certaines molécules métaboliques qui n'avaient jamais été détectées auparavant dans l'haleine", ajoute Sinues.

Dans des études antérieures, Sinues et ses collègues ont montré qu'il était possible de suivre l'absorption et la dégradation des médicaments dans le corps de souris de laboratoire à partir d'une analyse de l'air expiré. "Notre méthode pourrait un jour aider les cliniciens à décider quand ils doivent administrer une nouvelle dose de médicament aux patients", explique l'enseignant de l'ETH. L'utilisation de la technique en clinique sera développée dans les années à venir dans le cadre d'un nouveau projet phare sous l'égide de "Hochschulmedizin Zürich" (voir encadré ci-dessous).

Parfums de plantes et viticulture

Les applications possibles des instruments à nez fin, très sensibles et rapides, ne se limitent pas à la médecine et à la détection d'explosifs. En collaboration avec des collègues, Sinues utilise actuellement la méthode dans un projet de recherche biologique. En cas d'attaque de parasites, les plantes produisent des substances odorantes afin d'attirer les insectes utiles et d'avertir les plantes voisines de l'attaque de parasites. En raison des faibles concentrations de ces substances odorantes, il est toutefois difficile de les détecter, et comme les plantes réagissent très rapidement, il faut des appareils de mesure en temps réel. Sinues est convaincu que la spectrométrie de masse SESI fera progresser ce domaine de recherche de manière décisive et pourrait par exemple être appliquée à la viticulture. "La composition des molécules odorantes du raisin change pendant la maturation du raisin", explique-t-il. Sa méthode pourrait aider à déterminer le moment optimal de la récolte des raisins à l'aide de ce bouquet.