Un appareil des chercheurs du Laboratoire national de Los Alamos n'est pas tout à fait le scanner médical "tricordeur" de Star Trek, mais c'est un pas dans la bonne direction. Le capteur analytique d'ingénierie portable avec échantillonnage automatisé (PEGASUS) est un capteur optique miniaturisé basé sur un guide d'ondes qui peut détecter les toxines, signatures bactériennes, signatures virales, menaces biologiques, poudres blanches et plus, à partir d'échantillons tels que le sang, l'eau, CSF, nourriture, et des échantillons d'animaux.

"La capacité de détecter les agents pathogènes, menaces biologiques ou toxines, rapidement et avec précision, sans connaissance préalable de l'agent, conduirait à de meilleurs résultats en matière de santé humaine et environnementale, " a déclaré le chercheur principal Harshini Mukundan. "Il s'agit d'une étape importante vers la compréhension de ce à quoi un intervenant d'urgence doit faire face et de lui fournir des résultats rapides."

PEGASUS ne nécessite pas de personnel qualifié ou d'équipement de laboratoire pour fonctionner, ce qui signifie qu'il peut être utilisé facilement dans les régions éloignées du monde. Il peut discriminer entre les signatures bactériennes et virales, permettant le bon choix du traitement, qui devrait améliorer les résultats de santé des patients et réduire la propagation de la résistance aux antimicrobiens, dit Mukundan.

Le capteur comprend un dispositif de traitement d'échantillons intégré avec des étapes pratiques minimales, visant à garantir que chaque échantillon est de la qualité nécessaire à la détection. "Cela peut aider à résoudre le problème de l'identification erronée des biomolécules, surtout sur le terrain, nous permettant d'être préparés à tout événement potentiel d'épidémie ou de menace biologique, " dit Mukundan.

"La détection se fait en deux étapes principales, " a déclaré Kiersten Lenz, un chercheur sur le projet. "D'abord, l'échantillon est traité dans un dispositif microfluidique, qui ne nécessite qu'un petit volume d'échantillon. Prochain, l'échantillon traité est chargé sur le capteur miniaturisé, où la détection a lieu. Le dispositif microfluidique et le capteur peuvent être emballés dans une mallette robuste qui peut être emportée n'importe où dans le monde, permettant un meilleur accès à cet outil de détection."

"Nous espérons de larges utilisations pour cet appareil, " Mukundan a poursuivi. " Il peut être utilisé pour détecter des infections bactériennes chez les humains ou les animaux, ou des épidémies dans l'approvisionnement alimentaire, identifier les poudres blanches, détecter la présence de virus spécifiques chez l'homme, animaux, nourriture, ou de l'eau, identifier les agents de biomenace potentiels, et plus. Par exemple, notre technologie peut détecter rapidement une infection dans un cabinet médical, une clinique à distance, ou un laboratoire. En cas d'infection bactérienne, il peut discriminer entre Gram-positif, -négatif, et sources indéterminées, sans connaissance préalable du type d'infection, en 15-30 minutes, " dit-elle. Pour de telles infections, une fois la classe de bactéries connue, des traitements appropriés peuvent être choisis, ce qui se traduira par des avantages importants pour le rétablissement du patient. En outre, connaître la bactérie exacte impliquée peut également réduire la prescription d'antibiotiques à large spectre, ce qui peut conduire à l'évolution d'organismes résistants aux antibiotiques.

Un autre impact potentiel se situe dans le domaine de la biosurveillance. Étant donné que le biocapteur peut être utilisé dans des régions éloignées du monde et peut détecter une variété de molécules biologiques provenant de diverses sources, elle peut avoir un impact sur la surveillance de la présence d'agents de biomenace potentiels ou d'épidémies. Le capteur peut détecter la présence de biomolécules provenant de sources alimentaires, l'approvisionnement en eau, et peut aider à identifier les poudres blanches inconnues qui sont postées dans des colis suspects ou déversées sur l'autoroute. Avec une meilleure surveillance et un meilleur suivi, nous pouvons être mieux préparés aux épidémies potentielles, puisque nous aurons une meilleure compréhension des agents spécifiques en jeu.

Comment ça fonctionne

La technologie de l'appareil est basée sur un biocapteur optique basé sur un guide d'ondes de paillasse développé à Los Alamos. Le système de détection détecte les analytes sur une surface de guide d'ondes optique planaire dans un très petit champ (~ 200 nm). Afin de produire le champ de détection, un laser est couplé à un angle d'incidence critique dans le guide d'ondes plan, et une réflexion interne totale de la lumière se produit entre les couches du guide d'ondes, en raison de leurs différents indices de réfraction. Cela provoque un champ évanescent à rayonner sur la surface du guide d'ondes, où les molécules fluorescentes sont détectées.