Capteur papier rapide détecte le COVID-19 en moins de 5 minutes

Alors que la pandémie de COVID-19 continue de se propager dans le monde, le dépistage reste une stratégie clé pour suivre et contenir le virus. Des chercheurs ont développé 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.

Deux catégories de tests actuels

Il existe deux grandes catégories de tests COVID-19 sur le marché. La première utilise la réaction en chaîne par polymérase à transcriptase inverse en temps réel (RT-PCR) et des stratégies d'hybridation d'acides nucléiques pour identifier l'ARN viral. Les inconvénients incluent le temps nécessaire, le besoin de personnel spécialisé, et la disponibilité des équipements et réactifs. La seconde catégorie se concentre sur la détection d'anticorps ; cependant, il peut y avoir un délai de quelques jours à quelques semaines après l'exposition au virus pour qu'une personne produise des anticorps détectables.

Biosenseurs au graphène : avantages

Ces dernières années, les chercheurs ont eu du succès avec la création de biosenseurs de point de soin utilisant des nanomatériaux 2D comme le graphène pour détecter des maladies. Les principaux avantages de ces biosenseurs sont leur sensibilité, leur faible coût de production et leur détection rapide. 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 biosenseur électrochimique à base de graphène avec une configuration de lecture électrique pour détecter sélectivement la présence du matériel génétique du SARS-CoV-2.

Deux composants du biosenseur

Il y a deux composants : une plateforme pour mesurer une lecture électrique et des sondes pour détecter la présence d'ARN viral. Pour créer la plateforme, les chercheurs ont d'abord revêtu du papier filtre d'une couche de nanoplaquettes de graphène pour créer un film conducteur. Ensuite, ils ont placé une électrode or avec un design prédéfini sur le graphène comme tampon de contact pour la lecture électrique. L'or et le graphène ayant tous deux une haute sensibilité et conductivité, cette plateforme est ultrasensible pour détecter les changements de signaux électriques.

Sondes ciblant deux régions du gène N

Les tests ARN actuels du COVID-19 détectent la présence du gène N (nucléocapside phosphoprotéine) sur le virus SARS-CoV-2. Dans cette recherche, l'équipe a conçu des sondes oligonucléotides antisens (ASO) pour cibler deux régions du gène N. Cibler deux régions assure la fiabilité du capteur au cas où une région subirait une mutation génique. Des nanoparticules d'or (AuNP) sont coiffées de ces acides nucléiques simple brin (ssDNA), représentant une sonde de détection ultrasensible pour l'ARN du SARS-CoV-2.

Résultats des tests

Les chercheurs avaient précédemment montré la sensibilité des sondes développées. L'hybridation de l'ARN viral avec ces sondes cause un changement dans la réponse électrique du capteur. Les coiffes AuNP accélèrent le transfert d'électrons et, diffusées sur la plateforme de détection, entraînent une augmentation du signal de sortie indiquant la présence du virus.

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

Applications étendues

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