My Little Sensor Lab de l'Université de l'Arizona développe des capteurs optiques ultrasensibles pour le diagnostic médical, pronostics médicaux, surveillance de l'environnement et recherche scientifique fondamentale. Notre technologie de capteurs identifie les substances en éclairant les échantillons et en mesurant l'indice de réfraction, ou combien de lumière est ralentie lorsqu'elle traverse un matériau, qui est différent d'une substance à l'autre - disons, de l'eau et une molécule d'ADN.

Notre technologie nous permet de détecter des concentrations extrêmement faibles de molécules jusqu'à un sur un million de milliards de molécules, et peut donner des résultats en moins de 30 secondes.

Ordinairement, l'indice de réfraction est trop subtil pour être détecté dans une seule molécule, mais en utilisant une technologie que nous avons développée, nous pouvons faire passer la lumière à travers un échantillon des milliers de fois, ce qui amplifie le changement. Cela fait de notre capteur l'un des plus sensibles qui existent.

L'appareil comprend un petit anneau que la lumière parcourt - 240, 000 fois en 40 nanosecondes, ou des milliardièmes de seconde. Un échantillon liquide entoure le capteur. Une partie de la lumière s'étend à l'extérieur de l'anneau, où il interagit avec l'échantillon des milliers de fois.

Contrairement à d'autres méthodes de détection très sensibles, le nôtre est sans étiquette, ce qui signifie que nous n'avons pas à ajouter d'étiquettes radioactives ou fluorescentes pour identifier ce que nous essayons de détecter. Cela signifie que nous n'avons pas à traiter autant nos échantillons.

Parce que notre capteur est si sensible, nous n'avons besoin que de petites quantités d'une substance, ce qui est utile à la fois pour réduire les coûts et dans les cas où les réactifs sont difficiles à obtenir.

Certaines maladies, comme le cancer, peut progresser en silence, éviter la détection jusqu'à ce qu'il soit trop tard. Un capteur ultrasensible pourrait détecter une maladie avant l'apparition des symptômes, laisser les fournisseurs de soins de santé traiter la maladie à un stade précoce, quand il est encore curable. Le capteur pourrait également être utilisé dans un test respiratoire COVID-19.

Disposer d'un capteur rapide et sensible peut également permettre de surveiller la progression de la maladie et de quantifier l'effet de différents traitements. Notre laboratoire, par exemple, travaille actuellement sur la détection de faibles concentrations de biomolécules qui indiquent la maladie d'Alzheimer ou le cancer dans le sang, échantillons d'urine et de salive.

De nombreuses autres approches nécessitent que vous "marquiez" par fluorescence la chose que vous essayez de détecter ou que vous amplifiiez l'ADN à l'aide d'une réaction en chaîne par polymérase (PCR). Par exemple, les tests COVID-19 actuels vous obligent à choisir entre un test rapide d'antigène, ce qui n'est pas aussi précis, ou un test PCR, ce qui est précis mais coûteux et chronophage.

Les domaines de recherche actifs dans ce domaine incluent également des moyens d'améliorer la livraison de l'échantillon au capteur, ce qui peut améliorer le temps de réponse et réduire la quantité de substance cible nécessaire à la détection. Les chercheurs travaillent également sur des méthodes pour améliorer la sélectivité des capteurs, ce qui signifie que le capteur peut mieux distinguer la substance cible des autres substances. Cela réduit les faux positifs.

Ce mois-ci, notre laboratoire a reçu une subvention de 1,8 million de dollars des National Institutes of Health pour améliorer le capteur. La prochaine étape après avoir démontré que nos appareils fonctionnent dans un cadre de recherche serait de passer aux essais cliniques.

En outre, nous améliorons continuellement notre capteur pour le rendre plus sensible et plus sélectif. Nous travaillons également sur l'utilisation du capteur pour faire un portable, dispositif de diagnostic médical au point de service qui pourrait être utilisé pour les soins à domicile ou donné à un ambulancier dans une ambulance ou à un soldat sur un champ de bataille.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.