L'avenir pourrait contenir des capteurs portables et portables pour détecter les virus et les bactéries dans l'environnement. Mais nous n'en sommes pas encore là. Des scientifiques de l'université de Tohoku ont étudié des matériaux capables de transformer l'énergie mécanique en énergie électrique ou magnétique, et vice versa, depuis des décennies. Avec des collègues, ils ont publié une critique dans la revue Matériaux avancés sur les tentatives les plus récentes d'utilisation de ces matériaux pour fabriquer des biocapteurs fonctionnels.

"La recherche sur l'amélioration des performances des capteurs de virus n'a pas beaucoup progressé ces dernières années, ", déclare Fumio Narita, ingénieur en matériaux de l'Université du Tohoku. "Notre examen vise à aider les jeunes chercheurs et les étudiants diplômés à comprendre les derniers progrès afin de guider leurs futurs travaux visant à améliorer la sensibilité des capteurs de virus."

Les matériaux piézoélectriques convertissent l'énergie mécanique en énergie électrique. Les anticorps qui interagissent avec un virus spécifique peuvent être placés sur une électrode incorporée sur un matériau piézoélectrique. Lorsque le virus cible interagit avec les anticorps, il provoque une augmentation de masse qui diminue la fréquence du courant électrique se déplaçant à travers le matériau, signaler sa présence. Ce type de capteur est à l'étude pour détecter plusieurs virus, y compris le virus du papillome humain causant le cancer du col de l'utérus, VIH, grippe A, Ebola et hépatite B.

Les matériaux magnétostrictifs convertissent l'énergie mécanique en énergie magnétique et vice versa. Ceux-ci ont été étudiés pour détecter les infections bactériennes, comme la fièvre typhoïde et la peste porcine, et pour détecter les spores du charbon. Des anticorps de sonde sont fixés sur une puce de biocapteur placée sur le matériau magnétostrictif, puis un champ magnétique est appliqué. Si l'antigène ciblé interagit avec les anticorps, il ajoute de la masse au matériau, conduisant à un changement de flux magnétique qui peut être détecté à l'aide d'une bobine de détection.

Narita dit que les développements dans l'intelligence artificielle et les études de simulation peuvent aider à trouver des matériaux piézoélectriques et magnétostrictifs encore plus sensibles pour détecter les virus et autres agents pathogènes. Les futurs matériaux pourraient être sans bobine, sans fil, et doux, permettant de les incorporer dans les tissus et les bâtiments.

Les scientifiques étudient même comment utiliser ces matériaux et des matériaux similaires pour détecter le SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19, dans l'air. Ce type de capteur pourrait être intégré dans les systèmes de ventilation des transports souterrains, par exemple, afin de surveiller la propagation du virus en temps réel. Des capteurs portables pourraient également éloigner les personnes d'un environnement contenant des virus.

« Les scientifiques doivent encore développer des capteurs plus efficaces et plus fiables pour la détection des virus, avec une sensibilité et une précision plus élevées, taille et poids plus petits, et une meilleure accessibilité, avant de pouvoir être utilisés dans des applications domestiques ou des vêtements intelligents, " dit Narita. " Ce type de capteur de virus deviendra une réalité avec de nouveaux développements dans la science des matériaux et les progrès technologiques de l'intelligence artificielle, apprentissage automatique, et l'analyse des données."