Mais maintenant, les chercheurs de Tufts trouvent des moyens de réaliser certains de ces tests, ce qui réduit considérablement les coûts et les rend plus largement disponibles. Ils utilisent quelque chose d’omniprésent :le papier. Leurs tests innovants sur papier pour surveiller la santé personnelle et la sécurité environnementale éliminent le besoin d'équipement de laboratoire coûteux et peuvent être effectués par n'importe qui, n'importe où.

Connus sous le nom de dispositifs d'analyse papier, ils peuvent être fabriqués à moindre coût, stockés pendant de longues périodes, distribués pour être utilisés dans des zones reculées et utilisés pour collecter des informations critiques au moment et à l'endroit où elles sont le plus nécessaires. Ils représentent également chacun une plate-forme technologique qui peut être étendue pour mesurer d'autres marqueurs de la santé et de l'environnement.

Prenez l’une des mesures les plus vitales en matière de soins de santé :la numération globulaire. La mesure des globules blancs à elle seule donne des indices sur tout, des infections aux maladies auto-immunes en passant par le cancer. Bien que le prélèvement d’échantillons – une prise de sang – semble simple, il nécessite une visite dans une clinique et l’accès à des laboratoires cliniques centralisés pour analyse. De grandes populations de personnes (ceux qui sont confinés chez eux ou vivent dans des endroits éloignés) n'ont pas cet accès.

Charlie Mace, professeur agrégé de chimie, a pensé à un moyen d'aider. Lui et son équipe ont créé un dispositif en papier appelé carte de sang séché à motifs, dans lequel le papier est conçu avec des canaux et des zones de collecte qui mesurent des volumes définis de sang et lui permettent de sécher sur place pour une analyse ultérieure. La recherche est publiée dans la revue Analytical Chemistry .

Tout ce que les utilisateurs doivent faire est de prélever du sang à la maison avec une piqûre au doigt et d'envoyer l'échantillon à un laboratoire, qui mesure la quantité d'ADN propre aux globules blancs et indique le nombre de cellules présentes.

"Des méthodes permettant de collecter du sang sur des cartes papier existent déjà, mais elles souffrent d'inexactitudes car le matériau et l'utilisateur introduisent des variations qui affectent le volume de sang mesuré", a déclaré Mace. "Les cartes à motifs résolvent ce problème, et la façon dont nous mesurons les comptes (avec des instruments qui quantifient l'ADN plutôt que les cellules entières) signifie que nous ne dépendons pas de l'arrivée des cellules intactes."

Grâce à des collaborations locales, les travaux de Mace sur ce dispositif et sur d'autres dispositifs d'analyse du papier ont atteint l'Afrique du Sud, le Ghana et d'autres pays africains, ainsi qu'en Amérique du Sud. "Les habitants des régions éloignées et à faible revenu ont tendance à avoir un accès réduit aux soins de santé, ce qui rend d'autant plus important de trouver des moyens moins coûteux et plus simples de surveiller les indicateurs de santé", a déclaré Mace.

"Cette technologie est susceptible d'avoir des applications supplémentaires dans le domaine des maladies infectieuses, telles que la détection des niveaux de virus et de parasites dans le sang et, plus généralement, la détection de marqueurs de santé et de bien-être."

Un indicateur de santé en sueur

Fiorenzo Omenetto, professeur d'ingénierie Frank C. Doble, et son équipe du Silklab de l'Université Tufts ont créé un dispositif d'analyse sur papier capable de mesurer le lactate, également connu sous le nom d'acide lactique, dans la sueur. Un article sur cette innovation a été publié dans Advanced Sensor Research. .

Les mesures du lactate peuvent indiquer un déficit en oxygène et être utilisées comme prédicteur de mortalité chez les patients traumatisés. Pour les athlètes ou les travailleurs soumis à des conditions de stress physique, le lactate fournit une mesure quantitative de la fatigue musculaire, ainsi que des niveaux de condition physique et de conditionnement physique.

Omenetto a utilisé des encres bioréactives dérivées de la fibroïne de soie, l'élément constitutif des fibres de soie, combinées à des enzymes qui traitent le lactate pour déclencher un changement de couleur lorsqu'il est présent.

Les encres sont imprimées sur de petites languettes de papier circulaires collées sur la peau à l'aide d'un film transparent commun utilisé pour le pansement des plaies. La couleur des comprimés passe du jaune au rouge foncé en fonction de la concentration de lactate dans la sueur. Ces changements de couleur sont mesurés à l'aide d'un appareil photo de smartphone et ont une précision comparable aux résultats obtenus avec des équipements de laboratoire coûteux.

"La fibroïne de soie a une capacité remarquable à stabiliser les enzymes présentes dans l'encre, de sorte que les patchs ont une très longue durée de conservation - jusqu'à présent plus de deux ans au réfrigérateur", a déclaré Elisabetta Ruggeri, EG25, qui a dirigé le développement des appareils en papier. "La méthode peut être étendue pour fabriquer des encres qui mesurent d'autres éléments présents dans la sueur, afin d'obtenir un profil plus complet de la santé et des performances de la personne avec un panneau d'onglets en papier. C'est comme porter un laboratoire sur votre peau."

La référence en matière d'analyse de l'eau

Partout dans le monde, la mauvaise qualité de l’eau et les maladies d’origine hydrique constituent de graves problèmes et touchent des millions de personnes. Aujourd'hui, Sameer Sonkusale, professeur de génie électrique et informatique, et le Nano Lab de l'Université Tufts ont développé un nouveau dispositif d'analyse du papier capable de détecter et de mesurer la contamination bactérienne dans l'eau. Cette recherche a été publiée dans ACS Sensors .

La méthode utilise des nanoparticules d'or attachées à un antibiotique appelé polymyxine qui se lie aux bactéries à Gram négatif, les suspects habituels de la contamination de l'eau. Lorsque des bactéries sont présentes, elles se lient et s’agrègent aux particules d’or présentes dans l’appareil. Au fur et à mesure que les particules d’or s’accumulent, elles commencent à changer de couleur, passant du rose rougeâtre au bleu. Un appareil photo pour smartphone et une application disponible dans le commerce appelée ColorAssist permettent de mesurer le changement de couleur et de quantifier le niveau de bactéries dans l'échantillon.

En fait, dans le même appareil d'analyse de papier, les chercheurs ont créé une autre zone de collecte qui quantifie la présence de nitrite, un autre contaminant dangereux dans l'eau. L'impression et la fusion d'un motif en cire créent des zones et des canaux de test sur le périphérique papier. De cette manière, un seul appareil pourrait être conçu pour tester un grand nombre de contaminants différents dans un échantillon d'eau.

L'utilisation de nanoparticules d'or, plutôt que d'enzymes ou d'anticorps, garantit la stabilité des tests papier et leur conservation pendant de longues périodes sans réfrigération. Bien qu'ils soient constitués essentiellement d'un morceau de papier et d'un smartphone, les tests sont comparables en termes de précision aux tests commerciaux et en laboratoire.

Ces appareils en papier pour la qualité de l'eau, peu coûteux et faciles à utiliser, présentent de nombreux avantages, en particulier pour surveiller l'eau dans les régions reculées du monde où les infrastructures d'assainissement font défaut.

Les appareils en papier peuvent également surveiller l’eau utilisée pour laver les produits et alerter les utilisateurs de tout agent pathogène potentiellement nocif d’origine alimentaire. Pour les militaires, l'accès à l'eau potable est fondamental pour les opérations, et un test papier simple, léger et peu coûteux pour la qualité de l'eau pourrait être un atout vital.

L'appareil en papier de Sonkusale a également des applications en matière de santé au-delà du test de la qualité de l'eau. "La détection des infections des voies urinaires est malheureusement un problème très courant, notamment chez les femmes et les personnes âgées", a-t-il déclaré. "Nous pouvons mettre un test papier facile à utiliser entre les mains de chaque patient sensible et, grâce à une détection précoce, sauver de nombreuses vies, car l'infection peut souvent évoluer vers une septicémie si elle n'est pas détectée à temps."