Un peu de norovirus, le microbe hautement infectieux qui cause environ 20 millions de cas d'intoxication alimentaire aux États-Unis chaque année, fait beaucoup de chemin. Seulement 10 particules du virus peuvent causer des maladies chez l'homme. Une équipe de chercheurs de l'Université de l'Arizona a créé un méthode portable et peu coûteuse pour détecter des niveaux extrêmement faibles de norovirus.

Jeong-Yeol Yoon, un chercheur au Département de génie biomédical; Soo Chung, un doctorant en ingénierie des biosystèmes qui travaille au Biosensors Lab de Yoon; et Kelly A. Reynolds, Président du Département de la Communauté, Environnement et politique au Mel &Enid Zuckerman College of Public Health, conduit le projet. L'équipe a publié ses résultats dans ACS Oméga , le journal officiel de l'American Chemical Society, et Yoon présente la recherche à la réunion et exposition nationale de l'automne 2019 de l'ACS à San Diego cette semaine.

« Les progrès de la surveillance rapide des virus humains dans l'eau sont essentiels pour protéger la santé publique, " dit Reynolds. " Ce rapide, une technologie de surveillance de la qualité de l'eau à faible coût pourrait être un outil de transformation pour réduire les charges de morbidité locales et mondiales. »

Le National Science Foundation Water and Environmental Technology Center de l'UA et Tucson Water ont tous deux financé cette recherche. Alors que le norovirus est souvent associé aux navires de croisière, il peut également se propager rapidement dans une communauté via son approvisionnement en eau. Il provoque environ 200, 000 décès dans le monde chaque année.

Garder les composants simples

Des dispositifs pour détecter les norovirus en petites quantités existent déjà, mais ils nécessitent généralement un environnement de laboratoire avec une gamme de microscopes, lasers et spectromètres qui peuvent coûter des milliers de dollars. Pour détecter les norovirus sur le terrain, comme sur les bateaux de croisière ou dans les puits d'eau municipaux, l'équipe a décidé d'utiliser des matériaux beaucoup plus simples :papier, sous forme de puces microfluidiques, et un smartphone.

"Le substrat en papier est très bon marché et facile à stocker, et nous pouvons fabriquer ces puces facilement, " a déclaré Chung. " La structure fibreuse du papier permet également au liquide de s'écouler spontanément sans utiliser les systèmes de pompage d'autres puces, comme les puces de silicium, nécessitent généralement. »

Cependant, les scientifiques détectent généralement les contaminants sur les puces en mesurant la diffusion et la réflexion de la lumière dans un échantillon, et la porosité et l'opacité du papier peuvent provoquer une diffusion de fond qui interfère avec l'imagerie et rend difficile la détection de très petites concentrations d'un virus. Donc, le groupe a développé une nouvelle façon de détecter les norovirus, en comptant les billes fluorescentes plutôt qu'en mesurant l'intensité lumineuse.

Le processus commence par l'ajout d'eau potentiellement contaminée à une extrémité d'une puce microfluidique en papier. A l'autre bout, un testeur ajoute minuscule, billes de polystyrène fluorescentes (imaginez les petites boules blanches à l'intérieur d'un pouf - ce sont le même matériau, mais beaucoup plus petit). Chaque bille est attachée à un anticorps contre le norovirus. Si le norovirus est présent, plusieurs des anticorps se fixent à chaque particule virale, créant un petit bouquet de billes fluorescentes.

"Les particules de norovirus sont trop petites pour être imagées par un microscope de smartphone, et les anticorps aussi, " dit Yoon. " Mais quand vous avez deux ou trois ou plus de ces perles réunies, qui indique que le norovirus est là, provoquant l'agrégation des billes."

Ces amas de billes sont suffisamment gros pour qu'un microscope pour smartphone puisse les détecter et les photographier. Puis, une application pour smartphone créée par les chercheurs compte le nombre de pixels illuminés dans l'image pour identifier le nombre de billes agrégées, et par la suite, le nombre de particules de norovirus dans l'échantillon. C'est un autre avantage de la puce papier :par capillarité, les groupes de perles étalés le long du papier, les rendant plus faciles à compter. Le composant le plus cher de l'ensemble de l'appareil, le microscope pour smartphone, coûte moins de 50 $. Il est également simple à utiliser.

"Vous n'avez pas besoin d'être un scientifique ou un ingénieur pour faire fonctionner l'appareil, " a déclaré Yoon. " L'analyse sera effectuée automatiquement par l'application pour smartphone, donc tout ce dont vous avez à vous soucier est de charger un échantillon d'eau sur la puce."

À l'avenir, l'équipe espère développer des méthodes pour détecter les infections à norovirus chez les patients encore plus tôt, et d'étendre leur plate-forme de surveillance des smartphones pour détecter d'autres dangers, tels que les produits chimiques potentiellement cancérigènes. Ils prévoient également d'étendre l'utilisation de la plate-forme à travers le monde, combattre et détecter les maladies de grande envergure avec des outils tout aussi répandus.