Si vous vous êtes déjà assis à attendre au cabinet du médecin pour donner un échantillon de sang, vous auriez pu souhaiter qu'il y ait un moyen de trouver les mêmes informations sans aiguilles. Mais pour toutes les percées médicales du 20e siècle, la meilleure façon de détecter les molécules est restée à travers des liquides, comme le sang.
Cependant, de nouvelles recherches de l'Université de Chicago pourraient un jour faire une pause sur les piqûres d'épingles.
Un groupe de scientifiques a annoncé avoir créé un petit appareil portable qui peut collecter et détecter les molécules aéroportées – une percée qui est prometteuse pour de nombreux domaines de la médecine et de la santé publique.
Les chercheurs envisagent que l'appareil, surnommé capable, pourrait détecter les virus ou les bactéries aéroportés dans les espaces hospitaliers ou publics, améliorer les soins néonatals ou permettre aux personnes atteintes de diabète de lire les niveaux de glucose de leur souffle. L'appareil entier n'a que quatre sur huit pouces de diamètre.
« Ce projet est parmi les efforts les plus excitants que nous ayons poursuivis », a déclaré le professeur Bozhi Tian d'Uchicago, l'un des auteurs principaux du journal. « Il y a tellement d'applications potentielles. Nous sommes ravis de le voir se concrétiser. »
L'étude est publiée dans Génie chimique de la nature.
Pendant des décennies, notre capacité à détecter les molécules dans l'air est à la traîne de notre capacité à détecter les mêmes dans un liquide. Par conséquent, les tests sanguins du cabinet du médecin et les piqûres d'épingle diabète subissent souvent quotidiennement. Même les tests à domicile covide que vous avez peut-être pris tous impliquent l'ajout de gouttelettes de liquide.
« Nous pouvons utiliser des téléphones portables pour prendre des photos ou enregistrer l'audio, mais nous n'avons pas de technologie similaire pour voir la chimie de l'air », a déclaré Jingcheng MA, le premier auteur de l'étude, qui était auparavant chercheur postdoctoral à Uchicago et est maintenant professeur adjoint à l'Université de Notre-Dame. Une partie du problème est la dilution.
Dans les airs, les particules que vous recherchez – comme quelques virus flottant – peuvent être aussi peu que l'un d'un billion. C'est une tâche haute pour un détecteur, et jusqu'à présent, il a nécessité un grand équipement coûteux.
Une équipe de scientifiques d'UCHicago a décidé de résoudre ce problème en trouvant un moyen de transformer l'air en liquide, ce qui facilite la lecture. L'équipe a conçu un système multiples. Tout d'abord, une pompe est nul dans les airs pour la lecture.
Ensuite, un humidificateur ajoute de la vapeur d'eau et un système de refroidissement miniature baisse la température. Cela provoque la condense de l'air en gouttelettes – avec toutes les particules pertinentes en suspension à l'intérieur. Les gouttelettes glissent sur une surface ultra-slick spécialement conçue et se rassemblent dans un petit réservoir.
De là, les détecteurs peuvent facilement prendre les concentrations de molécules dans le liquide, en utilisant un équipement préexistant et facilement disponible pour la détection du liquide. À mesure qu'ils assemblaient l'appareil, ils ne savaient pas s'ils seraient en mesure de capturer certains types de molécules qui s'évaporent facilement, appelés molécules « volatiles ».
Pour une preuve de concept précoce, MA a utilisé une tasse de café comme test. Il a soufflé une bouffée de café vaporisé dans le système pour voir s'il pouvait être collecté avec succès et détecté. Lorsque le liquide a condensé, il n'avait même pas besoin d'effectuer des tests pour savoir qu'il avait fonctionné – l'arôme distinct du café émanait du liquide.
Dans d'autres tests, ils ont constaté qu'ils pouvaient détecter avec succès les niveaux de glucose de la respiration, détecter les E. coli en suspension dans l'air et ramasser des marqueurs de l'inflammation des cages des souris avec une mauvaise santé intestinale du microbiome. Ils ont nommé le système capable, pour le moteur de localisation des biomarqueurs aériens.
L'inspiration initiale de l'étude, a déclaré Tian, a été un voyage qu'il a fait il y a des années à l'unité de soins intensifs néonatals de la famille Stephen à l'hôpital pour enfants de l'Uchicago dans le cadre de son travail en cours avec le Center for the Science of Early Trajectories. La fondatrice du Centre, le professeur Erika Claud, souhaitait qu'il y ait un moyen d'effectuer des tests sur ses minuscules patients sans prélever du sang ou d'autres méthodes invasives.
Claud, qui est chef de la section de néonatologie et professeur de famille Stephen en pédiatrie, espère désormais pouvoir utiliser cette technologie nouvellement développée.
« Les nourrissons prématurés sont parmi les patients les plus vulnérables et les plus fragiles que nous prenons soin de la médecine », a-t-elle déclaré. « La promesse de cette technologie est que nous serons en mesure de suivre de manière non invasive les biomarqueurs nouvellement identifiés, pour optimiser les soins pour ces nourrissons. »
Les chercheurs peuvent également imaginer de nombreuses autres utilisations. Mais il y a un défi – la capacité de détecter facilement les molécules aéroportées est si nouvelle que les scientifiques ne savent pas encore quelles molécules ils devraient rechercher. Par exemple, le groupe collabore maintenant avec un médecin qui traite la maladie inflammatoire de l'intestin.
Il est probable que vous puissiez détecter des marqueurs de l'inflammation du souffle des patients atteints de MII, mais ils devraient d'abord être catalogués. L'équipe veut également affiner la conception et la miniaturiser davantage pour la rendre portable. Enfin, MA, un ingénieur en mécanique qui a une formation en thermofluidique, est enthousiasmé par les implications pour révéler les nouveaux principes de la physique.
« Ce travail pourrait commencer de nombreuses nouvelles études sur la façon dont ces impuretés aériennes affectent les comportements de changement de phase, par exemple, et la nouvelle physique peut être utilisée pour de nombreuses applications », a-t-il déclaré.
Les chercheurs travaillent avec le Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation et le Center for the Science of Early Trajectories.
