Un capteur COVID-19 développé à l'Université Johns Hopkins pourrait révolutionner les tests de virus en ajoutant précision et rapidité à un processus qui en a frustré beaucoup pendant la pandémie.

Dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans Nano Letters , les chercheurs décrivent le nouveau capteur, qui ne nécessite aucune préparation d'échantillon et une expertise minimale de l'opérateur, offrant un avantage considérable par rapport aux méthodes de test existantes, en particulier pour les tests à l'échelle de la population.

"La technique est aussi simple que de mettre une goutte de salive sur notre appareil et d'obtenir un résultat négatif ou positif", a déclaré Ishan Barman, professeur agrégé de génie mécanique, qui, avec David Gracias, professeur de génie chimique et biomoléculaire, sont les principaux auteurs de l'étude. "La principale nouveauté est qu'il s'agit d'une technique sans étiquette, ce qui signifie qu'aucune modification chimique supplémentaire telle que l'étiquetage moléculaire ou la fonctionnalisation d'anticorps n'est requise. Cela signifie que le capteur pourrait éventuellement être utilisé dans des appareils portables."

Barman affirme que la nouvelle technologie, qui n'est pas encore disponible sur le marché, répond aux limites des deux types de tests COVID-19 les plus largement utilisés :la PCR et les tests rapides.

Les tests PCR sont très précis, mais nécessitent une préparation compliquée des échantillons, les résultats prenant des heures, voire des jours, à traiter en laboratoire. En revanche, les tests rapides, qui recherchent l'existence d'antigènes, réussissent moins bien à détecter les infections précoces et les cas asymptomatiques, et peuvent conduire à des résultats erronés.

Le capteur est presque aussi sensible qu'un test PCR et aussi pratique qu'un test antigénique rapide. Lors des tests initiaux, le capteur a démontré une précision de 92 % pour détecter le SRAS-COV-2 dans des échantillons de salive, comparable à celle des tests PCR. Le capteur a également très bien réussi à déterminer rapidement la présence d'autres virus, notamment H1N1 et Zika.

Le capteur est basé sur la lithographie par nanoimpression à grande surface, la spectroscopie Raman améliorée de surface (SERS) et l'apprentissage automatique. Il peut être utilisé pour des tests de masse dans des formats de puces jetables ou sur des surfaces rigides ou flexibles.

La clé de la méthode est le réseau d'antennes isolantes métalliques améliorant le champ flexible (FEMIA) de grande surface développé par le laboratoire Gracias. L'échantillon de salive est placé sur le matériau et analysé à l'aide de la spectroscopie Raman à surface améliorée, qui utilise la lumière laser pour examiner la vibration des molécules de l'échantillon examiné. Étant donné que le FEMIA nanostructuré renforce considérablement le signal Raman du virus, le système peut détecter rapidement la présence d'un virus, même si seules de petites traces existent dans l'échantillon. Another major innovation of the system is the use of advanced machine learning algorithms to detect very subtle signatures in the spectroscopic data that allow researchers to pinpoint the presence and concentration of the virus.

"Label-free optical detection, combined with machine learning, allows us to have a single platform that can test for a wide range of viruses with enhanced sensitivity and selectivity, with a very fast turnaround," said lead author Debadrita Paria, who worked on the research as a post-doctoral fellow of Mechanical Engineering.

The sensor material can be placed on any type of surface, from doorknobs and building entrances to masks and textiles.

"Using state of the art nanoimprint fabrication and transfer printing we have realized highly precise, tunable, and scalable nanomanufacturing of both rigid and flexible COVID sensor substrates, which is important for future implementation not just on chip-based biosensors but also wearables," said Gracias.

He says the sensor could potentially be integrated with a hand-held testing device for fast screenings at crowded places like airports or stadiums.

"Our platform goes beyond the current COVID-19 pandemic," said Barman. "We can use this for broad testing against different viruses, for instance, to differentiate between SARS-CoV-2 and H1N1, and even variants. This is a major issue that can't be readily addressed by current rapid tests."

The team continues working to further develop and test the technology with patient samples. Johns Hopkins Technology Ventures has applied for patents on the intellectual property associated it and the team is pursuing license and commercialization opportunities.

Authors include:Kam Sang (Mark) Kwok, a graduate student in Chemical and Biomolecular Engineering; Piyush Raj, a graduate student; and Peng Zheng, a post-doctoral fellow in Mechanical Engineering. + Explorer plus loin

Development of home COVID-19 test comparable to PCR accuracy, selectivity