Ingénieurs de Tufts dévoilent un capteur portable pour détecter pathogènes, toxines et produits chimiques dangereux

Université Tufts, Medford, MA

Un drone dont le fuselage est intégré avec du matériau capteur. (Image : SilkLab)

Capteur biopolymère polyvalent

Des chercheurs de l'École d'ingénierie de Tufts ont développé une méthode pour détecter les bactéries, les toxines et les produits chimiques dangereux dans l'environnement avec un capteur biopolymère qui peut être imprimé comme de l'encre sur une large gamme de matériaux — y compris les objets portables (wearables).

En utilisant une enzyme semblable à celle trouvée chez les lucioles, le capteur — qui est basé sur des protéines conçues par calcul et de la fibroïne de soie extraite des cocons du ver à soie Bombyx Mori — brille quand il détecte ces menaces invisibles.

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

Fonctionnement et détection

Les capteurs nécessitent actuellement une pulvérisation avec un produit chimique non toxique après avoir été potentiellement exposés aux bactéries, toxines et produits chimiques dangereux. Si la cible est présente, 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 est une plateforme de capteur qui peut être adaptée pour détecter une large gamme d'agents chimiques et biologiques avec un haut degré de spécificité et de sensibilité », a déclaré le Professeur Fiorenzo Omenetto, Directeur du SilkLab de Tufts. « Par exemple, le SARS-CoV-2 et les anticorps anti-hépatite B peuvent être mesurés à des niveaux qui approchent les tests à domicile. »

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

« En utilisant le capteur, nous pouvons détecter des niveaux traces de SARS-CoV-2 aéroporté, ou nous pouvons imaginer le modifier pour s'adapter à la prochaine menace de santé publique qui pourrait survenir », a dit Omenetto.

Applications diverses

Les capteurs peuvent prendre une variété de formes, comme en témoigne l'équipe de recherche créant des drones de détection virale dont le fuselage était intégré avec le matériau 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 pathogènes aéroportés, pourraient permettre la surveillance d'environnements à distance sécuritaire.

Les chercheurs ont testé la durée de vie des matériaux intégrés avec des capteurs SARS-CoV-2 après les avoir stockés à 60 °C pendant quatre mois et ont trouvé très peu de changement de performance.

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

« Par exemple, vous pourriez faire des masques chirurgicaux capables de détecter des pathogènes, les emballer dans des boîtes, et les utiliser au fil du temps comme des masques conventionnels », a dit d'Amone. « Nous avons aussi montré que vous pouvez imprimer le capteur à l'intérieur d'emballages alimentaires pour suivre la détérioration et les toxines. Vous pouvez modifier tant de produits que nous utilisons tous les jours pour inclure la détection, et les stocker et les utiliser comme vous le feriez normalement. »

L'équipe envisage des applications de capteurs allant de la surveillance personnelle et des patients et du contrôle des infections dans les établissements de santé à la détection environnementale dans les maisons, lieux de travail, milieux militaires et zones sinistrées.

Pour plus d'informations, contactez Mike Silver à cette adresse email protégée ; 617-627-0545.