Détecteur laser Covid-19 instantanné
En réponse à un appels express de la Commission européenne pour lutter contre la pandémie de coronavirus, des scientifiques de la photonique développent un nouveau démonstrateur rapide et non invasif de «biocapteur optique» qui permettra de détecter le Covid-19 chez l’homme dès qu’il sera présent dans le corps.
Ayant déjà créé six démonstrateurs de laboratoire fonctionnels marche pour d’autres applications, l’équipe de recherche affirme que la technologie doit encore être adaptée et testée, mais pourrait être disponible dans un an au plus tard. Développé à l’origine pour rechercher des infections bactériennes ou des biomarqueurs du cancer, le nouveau détecteur ultrasensible utilise la photonique pour détecter les infections chez les patients avec une petite quantité de virus.
Avec la capacité de diagnostiquer en temps réel avec une spécificité élevée à partir d’un échantillon à faible concentration, le capteur est beaucoup plus fiable que le kit de test rapide de coronavirus, « piqûre de doigt » qui détecte si une personne a déjà eu le coronavirus et est rétabli depuis.
En regardant de minuscules molécules, le nouveau détecteur portable examine les antigènes viraux à l’aide de puces miniaturisées – ou «biocapteurs nanophotoniques» – à partir d’un simple écouvillon nasal ou salivaire. Une fois qu’un échantillon est préparé et en place, le dispositif confirme instantanément un résultat positif ou négatif pour le coronavirus. Cependant, compte tenu du temps de préparation et de l’analyse, un résultat – de l’échantillon au diagnostic – peut prendre jusqu’à 30 minutes.
Le groupe de chercheurs appellé CONVAT et coordonné à «ICN2» (l’Institut catalan de nanoscience et de nanotechnologie, Espagne) a déjà testé les démonstrateurs sur des échantillons de patients fournis par l’hôpital Vall D´Hebrón de Barcelone et plusieurs autres hôpitaux en Espagne pour d’autres pathologies.
à suivre: Un testeur laser portable instantanné
«Avec des milliers de décès dans le monde, nous avons un besoin urgent d’un nouveau kit de test rapide, précis, hautement sensible, non invasif et bon marché à produire», a déclaré la coordinatrice du projet, le professeur Laura Lechuga.
«Nous sommes en train d’intégrer toute l’instrumentation dans un boîtier portable de 25x15x25 cm avec une tablette de contrôle . Notre détecteur est d’un usage convivial, la préparation ne nécessitant qu’une expertise technique et pourrait être largement déployé pour que les médecins généralistes ou les infirmières puissent tester les patients. »
«Notre nanocapteur est capable de détecter des brins d’ARN qui permettront d’identifier pleinement le nouveau coronavirus Covid-19.»
Le détecteur fonctionne en observant la «liaison» des molécules de coronavirus à la surface du capteur – produisant un nouveau signal lorsque le virus est présent. L’équipe CONVAT utilise un biocapteur nano-interférométrique, la technologie de détection la plus sensible disponible dans le monde aujourd’hui qui permet une identification au niveau moléculaire. Étant donné que les biorécepteurs sur la surface du capteur sont spécifiquement «accordés» à un antigène particulier du virus, seules les molécules de coronavirus Covid-19 sont capturées le long du capteur.
La lumière laser se déplaçant dans le capteur génère un champ évanescent de quelques nanomètres au dessus de la surface du capteur. Ici, les récepteurs (comme les anticorps ou les brins d’ADN) peuvent reconnaître les antigènes de la capside du virus, lorsqu’un échantillon de liquide respiratoire est introduit. Cet événement de reconnaissance produit un changement de l’indice de réfraction, ce qui fait que la lumière change légèrement de direction de déplacement. Ce changement peut être mesuré et déterminé avec précision par rapport à un ensemble de valeurs existantes – et pourrait donner un diagnostic instantané des coronavirus attendus dans la gamme picomolaire à attomolaire (pM – aM) sans aucune amplification nécessaire.
« Notre technologie interférométrique brevetée est unique pour la biodétection. Nous utilisons notre interféromètre à guide d’onde bimodal qui utilise deux modes de faisceau lumineux (à une longueur d’onde visible) se déplaçant dans un seul guide d’onde », a expliqué le professeur Lechuga.
«La lumière interagit avec les substances analysées pendant le parcours et à l’extrémité du guide d’onde bimodal, nous enregistrons l’interférence entre les deux modes du rayon de lumière. Le signal est collecté avec un photodétecteur et traité par l’électronique, le tout instantanément en temps réel. »
«Notre biocapteur POC nanophotonique peut examiner les fluides corporels respiratoires pour un diagnostic et un dépistage rapides. Il examine directement les échantillons de réservoirs humains ou animaux sans avoir besoin de PCR (Polymerase Chain Reaction) ou d’autres traitements qui prennent beaucoup de temps ».
«Dans nos travaux antérieurs, nous avons démontré des sensibilités au niveau attomolaire (aM) pour la détection directe spécifique de miARN et 4 CFU / mL pour la détection de pathogènes entiers.
« Alors que nos résultats précédents sont prometteurs, notre capteur devra encore être optimisé et évalué également pour l’analyse d’ARN viral dans un format multiplexé pour un diagnostic et une identification plus précise des souches de virus parmi différents coronavirus et autres virus cliniquement pertinents », a déclaré le professeur Lechuga.
«L’équipe CONVAT travaille 24 heures sur 24 pour développer un test rapide et non invasif pour les coronavirus. La capacité de repérer rapidement ce terrible virus contribuera à l’effort mondial de lutte contre le nCoV 2019 et met en évidence un autre succès pour la photonique et les technologies de la lumière », a souligné le Dr Jurgen Popp, Chair of the Photonics21 Healthcare Workgroup.
La technologie utilisée dans le détecteur de coronavirus était un dispositif préexistant développé par le Dr Lechuga pour examiner différentes pathologies, comme les infections bactériennes ou les biomarqueurs du cancer. Cependant, en réponse à la pandémie de 2019-nCoV, les chercheurs savaient que leur technologie pourrait être modifiée pour détecter les cas précoces de faible charge virale:
fonctionnementdans le champ évanescent. (crédit CONVAT).
«Un de mes collègues, un chercheur de l’Université de Barcelone, qui a travaillé sur la surveillance des coronavirus dans les réservoirs animaux depuis de nombreuses années, a souvent suggéré que nous devrions travailler ensemble sur un projet. Donc, quand nous avons vu l’appel à propositions express de la Commission Européenne, l’un des appels spécifiques de lutte contre le coronavirus – avec une date limite du 30 janvier 2020, je l’ai appellé car le moment était venu de travailler ensemble.
«En à peine huit jours, travaillant plus de 12 heures par jour nous avons pu constituer un consortium de quatre partenaires et rédiger une proposition acceptée par la CE. Il a été approuvé et maintenant tout le monde parle de notre technologie en Espagne.
Financés par Horizon 2020, l’initiative de recherche scientifique de la Commission européenne, les scientifiques n’ont commencé à travailler sur leur détecteur qu’au début du mois de mars, en réponse à la pandémie.
Photonics21 – www.photonics21.org
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