Un capteur sur papier détecte le COVID-19 en quelques minutes

Alors que la pandémie de COVID-19 continue de se propager à travers le monde, les tests restent une stratégie clé pour suivre et contenir le virus. Les chercheurs ont mis au point un test rapide et ultrasensible utilisant un capteur électrochimique à base de papier qui peut détecter la présence du virus en moins de cinq minutes.

Il existe deux grandes catégories de tests COVID-19 sur le marché. Le premier utilise la réaction en chaîne par polymérase en temps réel de la transcriptase inverse (RT-PCR) et des stratégies d'hybridation d'acide nucléique pour identifier l'ARN viral. Certains inconvénients comprennent le temps nécessaire pour effectuer le test, le besoin de personnel spécialisé et la disponibilité de l'équipement et des réactifs. La deuxième catégorie se concentre sur la détection des anticorps; cependant, il peut y avoir un délai de quelques jours à quelques semaines après qu'une personne a été exposée au virus pour qu'elle produise des anticorps détectables.

Ces dernières années, les chercheurs ont eu un certain succès dans la création de biocapteurs au point de service utilisant des nanomatériaux 2D tels que le graphène pour détecter les maladies. Les principaux avantages de ces biocapteurs sont leur sensibilité, leur faible coût de production et leur rapidité de détection. Le graphène présente des propriétés mécaniques et électrochimiques uniques qui le rendent idéal pour le développement de capteurs électrochimiques sensibles. L'équipe a créé un biocapteur électrochimique à base de graphène avec une configuration de lecture électrique pour détecter de manière sélective la présence de matériel génétique du SRAS-CoV-2.

Le biocapteur comporte deux composants :une plate-forme pour mesurer une lecture électrique et des sondes pour détecter la présence d'ARN viral. Pour créer la plate-forme, les chercheurs ont d'abord recouvert un papier filtre d'une couche de nanoplaquettes de graphène pour créer un film conducteur. Ensuite, ils ont placé une électrode en or avec une conception prédéfinie sur le graphène comme plage de contact pour la lecture électrique. L'or et le graphène ont tous deux une sensibilité et une conductivité élevées, ce qui rend cette plate-forme ultrasensible pour détecter les changements de signaux électriques.

Les tests COVID-19 actuels basés sur l'ARN dépistaient la présence du gène N (phosphoprotéine de la nucléocapside) sur le virus SARS-CoV-2. Dans cette recherche, l'équipe a conçu des sondes oligonucléotidiques antisens (ASO) pour cibler deux régions du gène N. Le ciblage de deux régions garantit la fiabilité du capteur au cas où une région subirait une mutation génétique. Les nanoparticules d'or (AuNP) sont coiffées de ces acides nucléiques simple brin (ssDNA), qui représentent une sonde de détection ultra-sensible pour l'ARN du SARS-CoV-2.

Les chercheurs ont précédemment montré la sensibilité des sondes de détection développées dans des travaux antérieurs. L'hybridation de l'ARN viral avec ces sondes provoque une modification de la réponse électrique du capteur. Les capuchons AuNP accélèrent le transfert d'électrons et, lorsqu'ils sont diffusés sur la plate-forme de détection, entraînent une augmentation du signal de sortie et indiquent la présence du virus.

L'équipe a testé les performances du capteur en utilisant des échantillons positifs et négatifs au COVID-19. Le capteur a montré une augmentation significative de la tension des échantillons positifs par rapport aux négatifs et a confirmé la présence de matériel génétique viral en moins de cinq minutes. De plus, le capteur a pu différencier les charges d'ARN viral dans ces échantillons. La charge virale est un indicateur quantitatif important de la progression de l'infection et un défi à mesurer à l'aide des méthodes de diagnostic existantes.

Cette plate-forme a des applications de grande envergure en raison de sa portabilité et de son faible coût. Le capteur, lorsqu'il est intégré à des microcontrôleurs et à des écrans LED ou à un smartphone via Bluetooth ou WiFi, pourrait être utilisé au point de service dans un cabinet médical ou même à domicile. Au-delà du COVID-19, l'équipe prévoit également que le système soit adaptable pour la détection de nombreuses maladies différentes.