La pandémie actuelle de COVID-19 a montré que le monde a besoin d'une technologie capable d'identifier rapidement et avec précision les dangers invisibles, y compris les substances nocives ou les polluants environnementaux en suspension dans l'air. Les capteurs colorimétriques, des appareils qui révèlent intuitivement des informations sur leur environnement par le biais de changements de couleur, sont une option intéressante à cet égard. Mais, pour que plus de personnes bénéficient de ces capteurs, ils doivent être faciles à produire à grande échelle. Il s'agit d'une limitation majeure avec les capteurs colorimétriques actuellement disponibles, qui nécessitent des structures complexes avec des procédures de fabrication complexes. D'autres problèmes avec les appareils existants incluent des temps de réponse lents et des couleurs non saturées.

Maintenant, dans une nouvelle étude publiée dans Sciences avancées , scientifiques de l'Institut des sciences et technologies de Gwangju, Corée, ont tenté de s'attaquer à ces limitations en développant un nouveau type de capteur colorimétrique constitué d'une fine couche de virus appelés bactériophages M13. Ils ont utilisé ce type de virus car il peut modifier sa structure - et donc ses propriétés optiques - en réponse aux changements du milieu environnant, comme la présence de composés nocifs. Professeur Young Min Song, qui a dirigé l'étude, explique, « Dans notre étude, nous avons introduit le bactériophage M13, qui est un virus filamenteux de taille nanométrique, comme couche de détection en raison de ses propriétés d'expansion volumétrique."

Les scientifiques ont génétiquement modifié les bactériophages M13 en les combinant avec une « couche de promoteur de résonance ultra-mince à haute perte » (HLRP) comme substrat. Puis, ils ont maximisé la résonance de la couche de revêtement des virus en optimisant le substrat de telle sorte que le bactériophage est devenu extrêmement sensible à des substances spécifiques en suspension dans l'air. Cela a permis aux « virus » de détecter des produits chimiques à de très faibles concentrations, aussi faibles que des dizaines de parties par milliard. Prof Song explique la technique, "Spécifiquement, grâce à l'optimisation du dépôt de la couche virale, la couche de virus a été recouverte d'une dimension ultra-mince, ce qui a amélioré le taux de détection. Le HLRP avec amélioration de la résonance a été appliqué pour obtenir une couleur distincte même avec un changement d'épaisseur à l'échelle nanométrique dans la couche de virus bactériophage M13. Par conséquent, le changement de couleur a été maximisé par des conditions de résonance optimisées."

Les scientifiques ont testé le nouveau capteur avec des variables environnementales, comme les changements d'humidité, et avec des composés tels que les produits chimiques organiques volatils et les produits chimiques perturbateurs endocriniens. Dans les deux cas, les changements de ces stimuli pourraient être observés avec succès grâce à des changements de couleur distincts dans le capteur, montrant ainsi son applicabilité pratique.

Cette nouvelle conception de capteur colorimétrique hautement efficace et produit en masse est très prometteuse pour une variété d'applications réelles, comme la détection de produits chimiques industriels nocifs ou l'évaluation de la qualité de l'air. Pour couronner le tout, ces capteurs pourraient devenir des outils précieux en milieu clinique, comme le fait remarquer le professeur Song, "À l'avenir, les progrès du génie génétique amélioreront la sensibilité des capteurs et étendront leur applicabilité à l'industrie médicale, où ils pourraient être utilisés comme kits de diagnostic pour détecter des virus et des agents pathogènes spécifiques. »

Avec d'autres recherches, cette technologie fonctionnera, espérons-le, comme un moyen puissant de montrer les vraies couleurs des menaces aéroportées invisibles.