Une nouvelle approche pour tester la présence du virus qui cause le COVID-19 peut conduire à des tests plus rapides, moins coûteux et potentiellement moins sujets à des résultats erronés que les méthodes de détection existantes. Bien que le travail, basé sur des effets quantiques, soit encore théorique, ces détecteurs pourraient potentiellement être adaptés pour détecter pratiquement n'importe quel virus, selon les chercheurs.

La nouvelle approche est décrite dans un article publié jeudi dans la revue Nano Letters , par Changhao Li, doctorante au MIT; Paola Capellaro, professeur de sciences et ingénierie nucléaires et de physique; et Rouholla Soleyman et Mohammad Kohandel de l'Université de Waterloo.

Les tests existants pour le virus SARS-CoV-2 comprennent des tests rapides qui détectent des protéines virales spécifiques et des tests de réaction en chaîne par polymérase (PCR) qui prennent plusieurs heures à traiter. Aucun de ces tests ne peut quantifier la quantité de virus présente avec une grande précision. Même les tests PCR de référence peuvent avoir des taux de faux négatifs de plus de 25 %. En revanche, l'analyse de l'équipe montre que le nouveau test pourrait avoir des taux de faux négatifs inférieurs à 1 %. Le test pourrait également être suffisamment sensible pour détecter seulement quelques centaines de brins d'ARN viral, en une seconde seulement.

La nouvelle approche utilise des défauts à l'échelle atomique dans de minuscules morceaux de diamant, connus sous le nom de centres de lacunes d'azote (NV). Ces minuscules défauts sont extrêmement sensibles aux perturbations infimes, grâce aux effets quantiques qui se produisent dans le réseau cristallin du diamant, et sont explorés pour une grande variété de dispositifs de détection nécessitant une sensibilité élevée.

La nouvelle méthode consisterait à revêtir les nanodiamants contenant ces centres NV d'un matériau qui leur est magnétiquement couplé et qui a été traité pour se lier uniquement à la séquence d'ARN spécifique du virus. Lorsque l'ARN du virus est présent et se lie à ce matériau, il perturbe la connexion magnétique et provoque des changements dans la fluorescence du diamant qui sont facilement détectés avec un capteur optique à base de laser.

Le capteur n'utilise que des matériaux peu coûteux (les diamants impliqués sont plus petits que des grains de poussière), et les appareils pourraient être mis à l'échelle pour analyser tout un lot d'échantillons à la fois, selon les chercheurs. Le revêtement à base de gadolinium avec ses molécules organiques adaptées à l'ARN peut être produit à l'aide de processus et de matériaux chimiques courants, et les lasers utilisés pour lire les résultats sont comparables à des pointeurs laser verts bon marché et largement disponibles dans le commerce.

Alors que ce travail initial était basé sur des simulations mathématiques détaillées qui ont prouvé que le système peut fonctionner en principe, l'équipe continue de travailler sur la traduction de cela en un appareil fonctionnel à l'échelle du laboratoire pour confirmer les prédictions. "Nous ne savons pas combien de temps il faudra pour faire la démonstration finale", dit Li. Leur plan est d'abord de faire un test de base en laboratoire de preuve de principe, puis de travailler sur les moyens d'optimiser le système pour le faire fonctionner sur de vraies applications de diagnostic de virus.

Le processus multidisciplinaire nécessite une combinaison d'expertise en physique et ingénierie quantiques, pour produire les détecteurs eux-mêmes, et en chimie et biologie, pour développer les molécules qui se lient à l'ARN viral et pour trouver des moyens de les lier aux surfaces du diamant.

Même si des complications surviennent lors de la traduction de l'analyse théorique en un appareil fonctionnel, dit Cappellaro, il y a une si grande marge de faux négatifs inférieurs prédits à partir de ce travail qu'il aura probablement encore un fort avantage sur les tests PCR standard à cet égard. Et même si la précision était la même, cette méthode aurait toujours l'avantage majeur de produire ses résultats en quelques minutes, plutôt que de nécessiter plusieurs heures, dit-elle.

La méthode de base peut être adaptée à n'importe quel virus, dit-elle, y compris à tout nouveau qui pourrait survenir, simplement en adaptant les composés qui sont attachés aux capteurs de nanodiamant pour correspondre au matériel générique du virus cible spécifique.

"L'approche proposée est attrayante à la fois pour sa généralité et sa simplicité technologique", a déclaré David Glenn, chercheur principal chez Quantum Diamond Technologies Inc., qui n'était pas associé à ce travail. "En particulier, la technique de détection sensible et entièrement optique décrite ici nécessite une instrumentation minimale par rapport à d'autres méthodes qui utilisent des centres de lacune d'azote", dit-il.

Il ajoute que pour son entreprise, "nous sommes très enthousiastes à l'idée d'utiliser des capteurs quantiques à base de diamant pour créer des outils puissants pour le diagnostic biomédical. Inutile de dire que nous suivrons avec un grand intérêt les idées présentées dans ce travail. le labo." + Explorer plus loin

Des chercheurs développent un test rapide et très précis pour détecter des virus comme le SARS-COV-2

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche, de l'innovation et de l'enseignement du MIT.