Un prototype de masque peut détecter une infection au COVID-19

Les ingénieurs ont conçu un nouveau masque facial qui peut diagnostiquer le porteur avec COVID-19 en 90 minutes environ. Les masques sont intégrés à de minuscules capteurs jetables qui peuvent être installés dans d'autres masques faciaux et pourraient également être adaptés pour détecter d'autres virus.

Les capteurs sont basés sur des machines cellulaires lyophilisées que l'équipe de recherche a précédemment développées pour être utilisées dans le diagnostic sur papier de virus tels qu'Ebola et Zika. Dans une nouvelle étude, l'équipe a montré que les capteurs pouvaient être intégrés non seulement aux masques faciaux, mais également aux vêtements tels que les blouses de laboratoire, offrant potentiellement une nouvelle façon de surveiller l'exposition des travailleurs de la santé à une variété d'agents pathogènes ou d'autres menaces.

L'équipe a démontré sa capacité à lyophiliser une large gamme de capteurs de biologie synthétique pour détecter des acides nucléiques viraux ou bactériens ainsi que des produits chimiques toxiques, notamment des toxines nerveuses. Les capteurs du masque facial sont conçus pour pouvoir être activés par le porteur lorsqu'il est prêt à effectuer le test et les résultats ne sont affichés qu'à l'intérieur du masque pour la confidentialité de l'utilisateur.

Les protéines et les acides nucléiques nécessaires pour créer des réseaux de gènes synthétiques qui réagissent à des molécules cibles spécifiques pourraient être intégrés dans du papier. Un autre système de capteur sans cellule, connu sous le nom de SHERLOCK, est basé sur les enzymes CRISPR et permet une détection très sensible des acides nucléiques.

Ces composants de circuit sans cellule sont lyophilisés et restent stables pendant de nombreux mois jusqu'à ce qu'ils soient réhydratés. Lorsqu'ils sont activés par l'eau, ils peuvent interagir avec leur molécule cible, qui peut être n'importe quelle séquence d'ARN ou d'ADN ainsi que d'autres types de molécules, et produire un signal tel qu'un changement de couleur. Les chercheurs ont commencé à travailler sur l'intégration de ces capteurs dans les textiles, dans le but de créer une blouse de laboratoire pour les travailleurs de la santé ou d'autres personnes susceptibles d'être exposées à des agents pathogènes.

Tout d'abord, l'équipe a passé au crible des centaines de types de tissus différents, du coton et du polyester à la laine et à la soie, pour déterminer lesquels pourraient être compatibles avec ce type de capteur. Le meilleur était une combinaison de polyester et d'autres fibres synthétiques. Pour fabriquer des capteurs portables, les chercheurs ont intégré leurs composants lyophilisés dans une petite section de ce tissu synthétique, où ils sont entourés d'un anneau d'élastomère de silicone. Cette compartimentation empêche l'échantillon de s'évaporer ou de se diffuser loin du capteur. Pour démontrer la technologie, les chercheurs ont créé une veste intégrant environ 30 de ces capteurs.

Ils ont montré qu'une petite éclaboussure de liquide contenant des particules virales, imitant l'exposition à un patient infecté, peut hydrater les composants cellulaires lyophilisés et activer le capteur. Les capteurs peuvent être conçus pour produire différents types de signaux, y compris un changement de couleur qui peut être vu à l'œil nu ou un signal fluorescent ou luminescent qui peut être lu avec un spectromètre portable. Ils ont également conçu un spectromètre portable qui pourrait être intégré dans le tissu, où il peut lire les résultats et les transmettre sans fil à un appareil mobile.

Pour produire le masque facial de diagnostic, l'équipe a intégré des capteurs SHERLOCK lyophilisés dans un masque en papier. Comme pour les capteurs portables, les composants lyophilisés sont entourés d'élastomère de silicone. Dans ce cas, les capteurs sont placés à l'intérieur du masque, afin qu'ils puissent détecter les particules virales dans le souffle de la personne portant le masque.

Le masque comprend également un petit réservoir d'eau qui est libéré en appuyant sur un bouton lorsque le porteur est prêt à effectuer le test. Cela hydrate les composants lyophilisés du capteur SARS-CoV-2, qui analyse les gouttelettes d'haleine accumulées à l'intérieur du masque et produit un résultat en 90 minutes.

Les prototypes ont des capteurs à l'intérieur du masque pour détecter le statut d'un utilisateur ainsi que des capteurs placés à l'extérieur des vêtements pour détecter l'exposition à l'environnement. Les chercheurs peuvent également échanger des capteurs pour d'autres agents pathogènes, notamment la grippe, Ebola et Zika, ou des capteurs qu'ils ont développés pour détecter les agents neurotoxiques organophosphorés.