Une équipe internationale de chercheurs a développé un capteur à faible coût en plastique semi-conducteur qui peut être utilisé pour diagnostiquer ou surveiller un large éventail de problèmes de santé, telles que les complications chirurgicales ou les maladies neurodégénératives.

Le capteur peut mesurer la quantité de métabolites critiques, comme le lactate ou le glucose, qui sont présents dans la sueur, des larmes, de la salive ou du sang, et, lorsqu'il est intégré à un appareil de diagnostic, pourrait permettre un suivi rapide des conditions de santé, à moindre coût et avec précision. Le nouvel appareil a une conception beaucoup plus simple que les capteurs existants, et ouvre un large éventail de nouvelles possibilités pour la surveillance de la santé jusqu'au niveau cellulaire. Les résultats sont publiés dans le journal Avancées scientifiques .

L'appareil a été développé par une équipe dirigée par l'Université de Cambridge et l'Université des sciences et technologies King Abdullah (KAUST) en Arabie saoudite. Les plastiques semi-conducteurs tels que ceux utilisés dans les travaux en cours sont en cours de développement pour être utilisés dans les cellules solaires et l'électronique flexible, mais n'ont pas encore vu une utilisation généralisée dans les applications biologiques.

« Dans notre travail, nous avons surmonté bon nombre des limitations des biocapteurs électrochimiques conventionnels qui incorporent des enzymes comme matériau de détection, " a déclaré l'auteur principal, le Dr Anna-Maria Pappa, chercheur postdoctoral au Département de génie chimique et de biotechnologie de Cambridge. « Dans les biocapteurs conventionnels, la communication entre l'électrode du capteur et le matériau de détection n'est pas très efficace, il a donc été nécessaire d'ajouter des fils moléculaires pour faciliter et « booster » le signal. »

Pour construire leur capteur, Pappa et ses collègues ont utilisé un polymère nouvellement synthétisé développé à l'Imperial College qui agit comme un fil moléculaire, acceptant directement les électrons produits lors des réactions électrochimiques. Lorsque le matériau entre en contact avec un liquide tel que la sueur, des larmes ou du sang, il absorbe les ions et gonfle, fusionner avec le liquide. Cela conduit à une sensibilité nettement plus élevée par rapport aux capteurs traditionnels constitués d'électrodes métalliques.

En outre, lorsque les capteurs sont intégrés dans des circuits plus complexes, comme les transistors, le signal peut être amplifié et répondre à de minuscules fluctuations de la concentration en métabolites, malgré la petite taille des appareils.

Les premiers tests des capteurs ont été utilisés pour mesurer les niveaux de lactate, ce qui est utile dans les applications de fitness ou pour surveiller les patients après une intervention chirurgicale. Cependant, selon les chercheurs, le capteur peut être facilement modifié pour détecter d'autres métabolites, comme le glucose ou le cholestérol en incorporant l'enzyme appropriée, et la plage de concentration que le capteur peut détecter peut être ajustée en modifiant la géométrie de l'appareil.

"C'est la première fois qu'il est possible d'utiliser un polymère accepteur d'électrons qui peut être adapté pour améliorer la communication avec les enzymes, qui permet la détection directe d'un métabolite :cela n'a pas été simple jusqu'à présent, " a déclaré Pappa. " Cela ouvre de nouvelles voies dans la biodétection, où les matériaux peuvent être conçus pour interagir avec un métabolite spécifique, résultant en des capteurs beaucoup plus sensibles et sélectifs."

Étant donné que le capteur n'est pas constitué de métaux tels que l'or ou le platine, il peut être fabriqué à moindre coût et s'intégrer facilement dans des substrats souples et étirables, permettant leur mise en œuvre dans des applications de détection portables ou implantables.

« Un dispositif implantable pourrait nous permettre de suivre l'activité métabolique du cerveau en temps réel dans des conditions de stress, comme pendant ou juste avant une crise et pourrait être utilisé pour prédire les crises ou pour évaluer le traitement, " dit Papy.

Les chercheurs prévoient maintenant de développer le capteur pour surveiller l'activité métabolique des cellules humaines en temps réel à l'extérieur du corps. Le groupe Bioelectronic Systems and Technologies où est basé Pappa se concentre sur le développement de modèles pouvant imiter étroitement nos organes, ainsi que des technologies qui peuvent les évaluer avec précision en temps réel. La technologie de capteur développée peut être utilisée avec ces modèles pour tester la puissance ou la toxicité des médicaments.