En utilisant une seule feuille de graphène de l'épaisseur d'un atome pour suivre les signaux électroniques inhérents aux structures biologiques, une équipe dirigée par des chercheurs du Boston College a développé une plate-forme pour identifier sélectivement les souches mortelles de bactéries, une avancée qui pourrait conduire à un ciblage plus précis des infections avec des antibiotiques appropriés, l'équipe a rapporté dans le journal Biocapteurs et bioélectronique .

Le prototype démontre le premier sélectif, rapide, et une détection électrique peu coûteuse des espèces bactériennes pathogènes Staphylococcus aureus et Acinetobacter baumannii résistantes aux antibiotiques sur une seule plateforme, a déclaré Kenneth Burch, professeur de physique au Boston College, un co-auteur principal de l'article.

L'augmentation rapide des bactéries pathogènes résistantes aux antibiotiques est devenue une menace mondiale, en grande partie à cause de la prescription excessive d'antibiotiques. Ceci est dû en grande partie au manque de pas cher, évolutif, et des diagnostics précis, selon le co-auteur et professeur agrégé de biologie du Boston College, Tim van Opijnen.

L'identification de l'espèce bactérienne et sa résistance aux antibiotiques sont particulièrement cruciales, et de le faire dans une plate-forme qui peut être facilement exploitée dans la majorité des points de soins. À l'heure actuelle, ces diagnostics sont relativement lents (de quelques heures à plusieurs jours) et nécessitent une expertise approfondie, et du matériel très cher.

Les chercheurs de la Colombie-Britannique, travailler avec des collègues de l'Université de Boston, développé un capteur, connu sous le nom de transistor à effet de champ au graphène (G-FET), qui peut surmonter les lacunes critiques des efforts de détection antérieurs car il s'agit d'une plate-forme hautement évolutive qui utilise des peptides, chaînes de plusieurs acides aminés liés, qui sont des agents chimiques peu coûteux et faciles à utiliser, selon le co-auteur et professeur de chimie de la Colombie-Britannique Jianmin Gao.

L'équipe a tenté de montrer qu'elle pouvait construire un appareil capable de « détecter rapidement la présence de souches et d'espèces bactériennes spécifiques, exploitant la grande quantité de charge électrique à leur surface et leur capacité à les capturer avec des peptides synthétiques de notre propre conception, " dit Burch.

L'initiative s'appuie sur les recherches antérieures de van Opijnen et Gao, qui avaient précédemment trouvé que les peptides étaient hautement sélectifs, mais à cette époque, il fallait des microscopes à fluorescence coûteux pour leur détection. En plus de Burch, Gao, et van Opijnen, les principaux co-auteurs de l'article comprenaient le professeur adjoint de chimie de l'Université de Boston, Xi Ling.

L'équipe a modifié des peptides existants pour leur permettre de se fixer au graphène, une seule couche atomique de carbone. Les peptides ont été conçus pour se lier à des bactéries spécifiques, rejetant tous les autres. En substance, le G-FET est capable de surveiller la charge électrique sur le graphène, tout en l'exposant à divers agents biologiques.

En raison de la sélectivité des peptides, les chercheurs ont pu identifier leur attachement à la souche bactérienne souhaitée, l'équipe a rapporté dans l'article "Diélectrophorèse assistée rapide, détection sélective et unicellulaire de bactéries résistantes aux antibiotiques avec des G-FET." En surveillant électriquement la résistance et, finalement, charger sur l'appareil, la présence de bactéries attachées au graphène pourrait être résolue, même pour une seule cellule.

Pour permettre une plus grande vitesse et une sensibilité élevée, un champ électrique a été placé sur le liquide pour conduire les bactéries vers l'appareil, en exploitant à nouveau la charge sur les bactéries, l'équipe a rapporté. Ce processus, connu sous le nom de diélectrophorèse, n'avait jamais été appliqué auparavant aux capteurs à base de graphène et pourrait potentiellement ouvrir la porte à des efforts considérablement améliorés dans ce domaine pour utiliser le graphène pour la biodétection, l'équipe a rapporté.

« Nous avons été surpris de voir à quel point les bactéries ont été guidées électriquement vers les appareils, " a déclaré Burch. "Nous pensions que cela réduirait quelque peu le temps et la concentration nécessaires. Au lieu, cela a si bien fonctionné que le champ électrique a pu réduire la concentration de bactéries nécessaire d'un facteur 1000, et réduisez le temps de détection à cinq minutes."