Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour la fiabilité et la microintégration IZM ont uni leurs forces avec des partenaires de l'industrie et de la santé pour développer une plate-forme de capteur pratique à base d'oxyde de graphène pour détecter les infections aiguës telles que la septicémie ou les anticorps contre le coronavirus en quelques minutes.

La situation actuelle avec la pandémie de COVID-19 souligne l'importance de détecter les infections rapidement et avec précision pour empêcher une nouvelle propagation. Aujourd'hui, les symptômes fournissent les indices qui aident à diagnostiquer les infections virales ou bactériennes. Cependant, de nombreuses infections ont des symptômes similaires, ces signes peuvent donc facilement être mal interprétés et la maladie mal diagnostiquée. Les tests sanguins offrent une certitude, mais les laboratoires ne les réalisent que sur prescription du médecin de famille. Au moment où les résultats arrivent du laboratoire, les médecins ont souvent prescrit un antibiotique qui pourrait bien être inutile.

Une seule goutte de sang pour un diagnostic

Des chercheurs du Fraunhofer IZM de Berlin travaillent sur le projet Graph-POC depuis avril 2018 sur une plate-forme de capteurs à base d'oxyde de graphène pour relever précisément ces défis dans le diagnostic des infections. Une seule goutte de sang ou de salive suffit pour effectuer une analyse précise. Quelques minutes seulement après l'application de la goutte sur la surface du capteur, des signaux électriques transmettent le résultat du test au cabinet du médecin de famille. Ce test rapide fournit une certitude en seulement 15 minutes pour remplacer les analyses sanguines prolongées en laboratoire. Il élimine les erreurs et les conjectures du diagnostic afin que le médecin puisse prescrire le traitement approprié ou les antibiotiques appropriés.

Le test peut également être mis en place pour détecter les anticorps qui sont présents après qu'un patient s'est rétabli d'une infection. Les chercheurs de Fraunhofer IZM se concentrent désormais sur cette application pour détecter les infections plus précoces par le virus COVID-19, ce qui peut aider aux efforts pour retracer comment l'infection s'est propagée. Le corps humain forme des molécules ou des protéines appelées biomarqueurs en réponse à une infection. Capturez des molécules placées à la surface du capteur à base de graphène pour détecter ces biomarqueurs. Des mesures différentielles de la concentration de biomarqueurs déterminent si une infection est présente.

Structure 3D pour agrandir la surface de mesure

La caractéristique la plus remarquable de cette plateforme de capteurs est son matériau de base :électriquement conducteur et biocompatible, L'oxyde de graphène est également un moyen de détection très fiable. À ce jour, il n'a été utilisé en microélectronique que sous sa forme originale, une monocouche 2-D. Les chercheurs de Fraunhofer IZM l'appliquent maintenant dans une structure 3-D sous forme de flocons. Cette forme 3-D augmente la surface de mesure et la précision des mesures.

Manuel Bauscher, scientifique chez Fraunhofer IZM et chef de sous-projet chez Graph-POC, voit de grandes perspectives à venir pour ces capteurs d'oxyde de graphène :« Nous pouvons nous éloigner du domaine médical actuel pour évoluer également vers le point de besoin ; vers les technologies environnementales et la détection des impacts environnementaux. Mais bien sûr, l'application corona est notre première priorité. » La matrice 3D des flocons d'oxyde de graphène et la sensibilité accrue ouvrent également la porte à d'autres applications. Par exemple, il pourrait détecter des gaz nocifs tels que le monoxyde de carbone ou l'acétone même à température ambiante. Tel qu'il est, ces gaz doivent d'abord être chauffés pour déclencher une réaction de surface que les capteurs actuels peuvent détecter. Le capteur d'oxyde de graphène réagit à des températures plus basses lorsque les oxydes métalliques se lient à sa surface sensible.

Les chercheurs de Fraunhofer IZM relèvent un autre défi pour étendre le processus de production à la fabrication en série :ils cherchent à appliquer le revêtement d'oxyde de graphène au niveau de la plaquette afin que des centaines de puces puissent être traitées à la fois.

Anticorps détectables après des infections à coronavirus dans environ un an

Les capteurs à base d'oxyde de graphène doivent être intégrés dans un support en plastique et la fiabilité du système doit être testée avant que les tests rapides puissent être déployés. Bien que le projet initial de détection des infections soit prévu jusqu'au printemps 2021, les chercheurs ne s'attendent pas encore à pouvoir vérifier le capteur du coronavirus avant un an. Les partenaires de ce projet sont la Charité, Aptarion Biotech AG, Technische Universität Berlin, MicroDiscovery GmbH et alpha-board GmbH. Il est financé par le ministère fédéral allemand de l'Éducation et de la Recherche (BMBF).