Un groupe de chercheurs en génie mécanique de l'Université Carnegie Mellon a repoussé les limites des tests de diagnostic à un niveau jamais vu auparavant.

Les chercheurs, dirigés par Rahul Panat, professeur agrégé de génie mécanique, ont développé un système de capteurs capable de détecter avec succès les niveaux de dopamine, un neurotransmetteur, jusqu'à des concentrations femtomolaires. Ils ont publié leurs découvertes dans Nature Communications .

Pour mettre cela en perspective, imaginez que vous versiez moins d'un gramme de dopamine dans le Crater Lake de l'Oregon, le lac le plus profond des États-Unis. Ce capteur pourrait le détecter.

"Nous avons brisé une barrière fondamentale à la limite de détection des biomolécules", a expliqué Azahar Ali, l'auteur principal de l'article. En d'autres termes, il s'agit de la plus petite concentration de dopamine jamais détectée de manière fiable.

Cette percée incroyable a été réalisée en tirant parti de la puissance de la fabrication additive et de la nanotechnologie pour créer un système de détection incroyablement sensible, composé d'une électrode tridimensionnelle placée dans un canal microfluidique, où les échantillons sont pompés.

Les électrodes antérieures consistaient en une surface de détection bidimensionnelle, qui était incapable de détecter des concentrations de plus en plus petites de molécules cibles puisque la plupart d'entre elles flottaient sans interagir. Pour repousser cette limite, la zone de détection de l'électrode devrait se déplacer dans la troisième dimension pour aider à "attraper" les molécules lorsqu'elles se déplacent à travers elle.

Pour y parvenir, l'équipe a utilisé une technique connue sous le nom d'impression 3D de nanoparticules par jet d'aérosol, leur permettant de construire de minuscules micropiliers à l'aide de nanoparticules d'argent. Chaque gouttelette a été ajoutée au sommet de la précédente et frittée ensemble jusqu'à ce qu'un pilier creux soit formé. Ensuite, ils ont été recouverts de petits flocons d'oxyde de graphène, ce qui a encore augmenté la surface du pilier et a aidé à détecter la dopamine.

Mais pourquoi la dopamine ? C'est une molécule de signalisation importante dans le cerveau et le corps, généralement associée au contrôle de votre humeur. Cependant, il joue également un rôle dans de multiples maladies neurodégénératives, notamment la schizophrénie, la maladie d'Alzheimer et la toxicomanie. Il peut être trouvé dans le sang, mais à des niveaux très bas.

La haute sensibilité de cet appareil pourrait permettre à un médecin de prélever une petite goutte de sang et de tester la présence de dopamine, créant ainsi une méthode de diagnostic peu invasive. Cela pourrait permettre de tester plus tôt et plus facilement ces affections, ce qui pourrait potentiellement sauver des vies. Panat pense que des progrès comme celui-ci sont bien en retard.

"Je crois que l'industrie des dispositifs biomédicaux a pris du retard pour rattraper les progrès de la miniaturisation et les progrès de la microélectronique. Et nous, dans le milieu universitaire, pouvons aider à changer cela", dit-il.

L'année dernière, son équipe a utilisé un système de micropilier similaire pour développer un test rapide d'anticorps Covid-19. La simplicité relative de l'appareil, cependant, signifie qu'il peut être adapté pour détecter une grande variété de molécules différentes, des anticorps aux neurotransmetteurs en passant par de nombreuses choses intermédiaires.

Les orientations futures de ce système sont presque infinies. Plusieurs électrodes pourraient être placées dans un seul appareil pour créer un système multiplex, capable de détecter plusieurs biomarqueurs différents à la fois. Ou, il pourrait être intégré dans une nouvelle forme de technologie portable, capable de détecter les niveaux d'électrolytes.

Peu importe où nous voyons cette technologie mise en œuvre, cependant, elle a été rendue possible en utilisant des outils et des stratégies d'ingénierie pour résoudre un problème existant dans une discipline différente. Le résultat est une solution innovante qui contribuera à définir l'avenir de la médecine. + Explorer plus loin

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