Les ingénieurs de Tufts dévoilent un capteur portable pour détecter les agents pathogènes, les toxines et les produits chimiques dangereux

Université Tufts, Medford, MA

Un drone dans lequel le fuselage est intégré à un matériau de capteur. (Image :SilkLab)

Des chercheurs de la Tufts School of Engineering ont développé une méthode pour détecter les bactéries, les toxines et les produits chimiques dangereux dans l'environnement grâce à un capteur en biopolymère qui peut être imprimé comme de l'encre sur une large gamme de matériaux, y compris les appareils portables.

Utilisant une enzyme semblable à celle trouvée dans les lucioles, le capteur — qui est basé sur des protéines conçues par ordinateur et de la fibroïne de soie extraite des cocons du papillon à soie Bombyx Mori — brille lorsqu'il détecte ces menaces invisibles.

Le capteur de biopolymère peut également être intégré dans des films, des éponges et des filtres, ou moulé comme du plastique pour échantillonner et détecter les dangers aéroportés et hydriques ou être utilisé pour signaler des infections dans notre corps.

Les capteurs nécessitent actuellement un spray avec un produit chimique non toxique après avoir été potentiellement exposés à des bactéries, des toxines et des produits chimiques dangereux. Si la cible est présente, alors le capteur génère de la lumière; l'intensité de la lumière émise fournit une mesure quantitative de la concentration de la cible.

« La combinaison de protéines conçues en laboratoire et de soie constitue une plate-forme de capteurs qui peut être adaptée pour détecter un large éventail d'agents chimiques et biologiques avec un degré élevé de spécificité et de sensibilité », a déclaré le professeur Fiorenzo Omenetto, directeur de Tufts SilkLab. "Par exemple, les anticorps anti-SRAS-CoV-2 et anti-hépatite B peuvent être mesurés à des niveaux proches des tests à domicile."

L'élément de détection est modulaire, de sorte que les développeurs peuvent échanger des protéines nouvellement conçues pour capturer des agents pathogènes ou des molécules spécifiques à mesurer, tandis que le mécanisme d'émission de lumière reste le même.

"En utilisant le capteur, nous pouvons détecter des traces de SRAS-CoV-2 en suspension dans l'air, ou nous pouvons imaginer le modifier pour nous adapter à la prochaine menace pour la santé publique", a déclaré Omenetto.

Les capteurs peuvent prendre diverses formes, comme en témoigne l’équipe de recherche qui a créé des drones de détection de virus dans lesquels leur fuselage était intégré au matériau du capteur. Pendant le vol, les hélices dirigent le flux d’air à travers le corps poreux du drone, qui peut être examiné après l’atterrissage. Les drones, qui dans ce cas réagissaient aux agents pathogènes aéroportés, pourraient permettre de surveiller les environnements à une distance sûre.

Les chercheurs ont testé la durée de conservation des matériaux intégrés aux capteurs SARS-CoV-2 après les avoir stockés à 60 °C pendant quatre mois et ont constaté très peu de changement de performances.

"Cela signifie que nous pouvons fabriquer, distribuer et stocker ces interfaces de détection pendant de longues périodes sans perdre leur sensibilité ou leur précision et sans avoir besoin d'un stockage réfrigéré, ce qui est remarquable car elles sont constituées de protéines", a déclaré Luciana d'Amone, co-responsable du projet. De plus, cela pourrait étendre les formats des capteurs.

"Par exemple, vous pourriez fabriquer des masques chirurgicaux capables de détecter des agents pathogènes, les emballer dans des boîtes et les utiliser au fil du temps, tout comme les masques conventionnels", a déclaré d'Amone. "Nous avons également montré que vous pouvez imprimer le capteur à l'intérieur des emballages alimentaires pour suivre la détérioration et les toxines. Vous pouvez modifier de nombreux produits que nous utilisons quotidiennement pour inclure la détection, les stocker et les utiliser comme vous le feriez normalement. "

L'équipe envisage des applications de capteurs allant de la surveillance des personnes et des patients et du contrôle des infections dans les établissements de soins de santé à la détection de l'environnement à domicile, sur le lieu de travail, dans l'armée et dans les zones sinistrées.

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