Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont développé un capteur de la taille d'un timbre qui peut détecter des traces de certains agents de guerre chimique, comme le sarin, dans quelques minutes. La recherche est publiée dans ACS Oméga .

Le sarin est un agent neurotoxique artificiel qui peut se propager sous forme de gaz ou de liquide. Selon le Center for Disease Control, l'exposition à de fortes doses va trop stimuler les glandes et les muscles, et peut entraîner une perte de conscience ou une insuffisance respiratoire. Même de petites doses peuvent provoquer une longue liste de symptômes pénibles et dangereux.

« L'exposition à des agents neurotoxiques de faible intensité entraîne des signes et des symptômes ambigus qui ne peuvent pas être facilement distingués des autres affections, pouvant entraîner un retard de traitement et des dommages permanents, " a déclaré Paul Braun, professeur de science et génie des matériaux, et directeur du laboratoire de recherche sur les matériaux de l'Illinois. « Si des traces peuvent être détectées rapidement, vous pouvez éviter des dommages permanents à la santé humaine."

"Il existe des capteurs sophistiqués, mais ils sont gros et chers, et ainsi certains individus peuvent être exposés au sarin sans le savoir, et c'est trop tard, " dit-il. " Les capteurs miniatures actuels n'ont montré que la présence d'une toxine, pas la quantité d'exposition." Les petits capteurs existants peuvent également ne pas être suffisamment sensibles pour fournir une protection adéquate.

La technologie établie dans ce nouveau document s'appuie sur les travaux antérieurs du groupe Braun, qui avait développé des "trous noirs chimiques" sur de petites surfaces d'hydrogel qui attiraient des molécules vers un capteur ponctuel via un gradient de potentiel chimique.

Le groupe de Braun savait que la technologie avait du potentiel mais qu'elle avait besoin d'être développée davantage.

"Le problème était que les molécules se déplaçaient trop lentement, " a déclaré Braun. " Il faudrait une heure à un jour pour déplacer des molécules d'un centimètre, et nous n'avions pas un excellent moyen de faire une détection quantitative."

Cependant, la technique du trou noir chimique a prouvé que la science derrière un gradient chimique fonctionnerait, et l'étape suivante consistait à trouver une "technique de détection qui pourrait avoir un réel impact".

Sachant qu'ils avaient besoin de quelque chose de plus petit que des molécules lentes, les chercheurs ont exposé une version sûre d'une molécule de type sarin à l'enzyme DFPase, provoquant l'hydrolyse de la molécule, et se diviser en plusieurs parties. L'une de ces parties était un ion fluorure chargé négativement.

"L'ion fluorure est facile à détecter électrochimiquement, " a déclaré Mohammad Amdad Ali, chercheur postdoctoral dans le groupe de Braun, et premier auteur sur le papier. "Et, parce qu'il est si petit, il se déplace beaucoup plus rapidement qu'une molécule. Si nous avons une surface avec un gradient chargé positivement focalisant un point au centre du capteur qui plaît vraiment (attire l'ion fluorure), au lieu de prendre des heures, il ne faut que quelques minutes pour que tous les ions fluorure se retrouvent à un moment donné."

« Nous avons pu créer un film de gel qui a non seulement cassé la molécule, mais a attiré les ions fluorure chargés négativement dans un capteur spécifique aux ions fluorure intégré au point central, et lisez combien de fluorure nous avions. Une fois que nous savons combien de fluorure nous avons, nous savons à quelle quantité de sarin le capteur a été exposé, " a déclaré Braun.

"Le capteur électrochimique spécifique aux ions fluorure a un seuil de détection bas, et peut ainsi détecter un très faible niveau d'ions fluorure, " a déclaré Ali. " Avec l'état actuel de notre capteur prototype, nous avons pu détecter une molécule de type sarin déposée en aérosol à partir d'une concentration de vapeur aussi faible que 0,01 mg/m3 en 10 min, " il ajouta.

L'étape suivante consiste à tester les capteurs dans un environnement configuré pour gérer l'agent neurotoxique réel.

"Le but ultime est de fabriquer quelque chose d'assez petit, comme un timbre-poste, qui peut être porté sur un uniforme pour détecter les gaz ou peut être retiré pour tester une surface qui, en quelques minutes, dira si l'agent est présent et quelle quantité d'agent est là, " dit Braun.

"Il ne va pas vous parler de toutes les toxines, mais il vous parlera très rapidement d'un ensemble limité de composés, " dit-il. " Si vous découvrez que le sarin est présent, vous avez de bien meilleures chances d'obtenir l'antidote approprié."