Nouveau prototype de masque facial diagnostique le COVID-19 en 90 minutes grâce à une technologie de capteurs avancée

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

Les capteurs sont basés sur une machinerie cellulaire lyophilisée que l'équipe de recherche a précédemment développée pour une utilisation dans les diagnostics sur papier pour des virus tels qu'Ebola et Zika. Dans une nouvelle étude, l'équipe a montré que les capteurs pouvaient être incorporés non seulement dans les masques faciaux mais aussi dans les vêtements comme 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 la capacité de lyophiliser une large gamme de capteurs de biologie synthétique pour détecter des acides nucléiques viraux ou bactériens ainsi que des produits chimiques toxiques, y compris les neurotoxines. Les capteurs de masque facial sont conçus pour 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 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 capteurs sans cellules, connu sous le nom de SHERLOCK, est basé sur des enzymes CRISPR et permet une détection hautement sensible des acides nucléiques.

Ces composants de circuits sans cellules 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'incorporation 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 avec une exposition potentielle aux agents pathogènes.

D'abord, l'équipe a effectué un criblage de centaines de types de tissus différents, du coton et polyester à la laine et la soie, pour découvrir 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 par un anneau d'élastomère de silicone. Cette compartimentation empêche l'échantillon de s'évaporer ou de 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 visible à l'œil nu ou un signal fluorescent ou luminescent lisible 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 diagnostique, 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 de souffle 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 de l'utilisateur ainsi que des capteurs placés à l'extérieur des vêtements pour détecter l'exposition de l'environnement. Les chercheurs peuvent également échanger des capteurs pour d'autres agents pathogènes, y compris la grippe, Ebola et Zika, ou des capteurs qu'ils ont développés pour détecter les agents neurotoxiques organophosphorés.