Les scientifiques ont montré qu’ils pouvaient détecter le SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19, dans l’air en utilisant une bulle remplie de nanotechnologie qui renverse son contenu chimique comme une piñata cassée lorsqu’elle rencontre le virus.
Un tel détecteur pourrait être placé sur un mur ou un plafond, ou dans un conduit d’air, où il y a un mouvement d’air constant, pour alerter immédiatement les occupants dès qu’une trace du virus est présente.
Le cœur de la nanotechnologie est une micelle, une structure moléculaire composée d’huiles, de graisses et parfois d’eau avec un espace intérieur qui peut être rempli d’air ou d’une autre substance. Les micelles sont souvent utilisées pour délivrer des médicaments anticancéreux dans le corps et sont un aliment de base dans les savons et les détergents. Presque tout le monde a rencontré une micelle sous forme de bulles de savon.
Une équipe de scientifiques du Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique du Département de l’énergie a créé un nouveau type de micelle, une micelle qui est estampée à la surface avec des copies d’une particule imprimée pour le SRAS-CoV-2.
Crédit : Sara Levine / Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique
L’équipe a rempli des micelles avec un sel capable de créer un signal électronique mais qui est au repos lorsqu’il est emballé à l’intérieur d’une micelle. Lorsqu’une particule virale interagit avec l’un des récepteurs imprimés à la surface, la micelle s’ouvre, renversant le sel et envoyant un signal électronique instantanément.
Le système agit comme une loupe de signal, traduisant la présence d’une particule virale en 10 milliards de molécules qui, ensemble, créent un signal détectable. Les développeurs disent que le détecteur présente des avantages par rapport aux technologies d’aujourd’hui ; il produit un signal plus rapidement, nécessite un niveau beaucoup plus faible de particules virales ou produit moins d’erreurs.
L’équipe a publié ses conclusions en ligne le 25 octobre dans Communications MRS.
« Il y a un besoin pour ce type de système de détection à faible coût », a déclaré Lance Hubbard, scientifique du PNNL, spécialiste des nanotechnologies et auteur de l’article. « Peut-être qu’il pourrait être mis en œuvre dans les écoles, les hôpitaux ou les salles d’urgence avant que les patients n’aient été entièrement évalués – partout où vous devez savoir immédiatement que le virus est présent. »
La technologie des micelles du PNNL est le produit d’une chaîne ardue de 279 étapes chimiques distinctes développées par le premier auteur Samuel Morrison en collaboration avec Hubbard et d’autres scientifiques du PNNL.
Lorsque des micelles spécialement préparées (particules de la taille d’un poivre à gauche) interagissent avec un analogue moléculaire du virus causant le Covid (à droite), les micelles explosent, éjectant leur contenu à 200 miles par heure. Le nuage brun jaunâtre qui en résulte fait partie d’un signal électronique indiquant que le virus est présent. Crédit : Caleb Allen / Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique
Détection COVID : une sur des milliards
L’équipe estime que la technologie peut arracher une particule virale parmi des milliards d’autres particules. Le détecteur est si sensible que l’équipe a eu du mal à identifier la limite inférieure. L’équipe a utilisé à la fois des particules virales SARS-CoV-2 inactivées et la protéine de pointe du virus dans ses tests.
Alors que la technologie détecte le virus en une milliseconde, l’appareil prend une minute supplémentaire pour exécuter un logiciel de contrôle de la qualité afin de confirmer le signal et d’éviter les fausses alarmes.
Les micelles peuvent être délicates, comme une bulle de savon de la baguette d’un enfant. Mais, dans certaines circonstances, les scientifiques peuvent fabriquer des micelles plus résistantes qui déversent leur contenu au bon moment et au bon endroit, par exemple, ces micelles qui éclatent lorsqu’une particule virale est détectée.
La micelle PNNL est bicouche, avec une micelle recouverte de polymère à l’intérieur de l’autre, et toute la structure est immergée dans l’eau. Chaque micelle mesure environ 5 microns de large. Sur la surface extérieure se trouvent plusieurs particules imprimées, faites de silice, d’environ 500 nanomètres de large. Chaque empreinte est une opportunité pour une particule virale à l’origine du COVID de se lier, provoquant l’ouverture de la micelle bicouche.
« Combiner des micelles avec une technologie pour les imprimer ou les tamponner n’est pas quelque chose que beaucoup de gens ont fait auparavant », a déclaré Hubbard. « L’empreinte d’une molécule avec notre molécule d’intérêt insère une vulnérabilité dans la micelle, ce que nous voulons dans ce cas. »
Morrison, un ancien Marine, a commencé cette ligne de travail dans l’espoir de développer une nouvelle façon d’aider les soldats à détecter rapidement les explosifs au combat. Il a rencontré Hubbard, un expert en nanosynthèse. Ils ont réorienté le projet vers le SRAS-CoV-2 lorsque la pandémie a frappé. D’autres utilisations possibles de la technologie comprennent la détection du fentanyl et des toxines environnementales.
Lance R. Hubbard et al, Détection du SRAS-COV-2 par des micelles à empreinte fonctionnelle, Communications MRS (2022). DOI : 10.1557/s43579-022-00242-0