Des Capteurs Inspirés De La Turquie Pourraient Détecter Les Toxines

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Les ingénieurs ont mis au point des capteurs bio-inspirés imitant les fibres de collagène de la peau de dinde, révélant des risques tels que le tnt par un simple changement de couleur.

Sarah Yang est agent d’information à l’Université de Californie à Berkeley. Cet article a été adapté d'un pièce sur le site de Berkeley. Elle contribué cet article à WordsSideKick.com Expert Voices: Op-Ed & Insights.

Certains peuvent penser que les dindes ne sont que bonnes pour la viande et les repas de fête, mais les bioingénieurs de l'Université de Californie à Berkeley (UC Berkeley) ont trouvé l'inspiration pour les oiseaux d'un nouveau type de biocapteur qui change de couleur lorsqu'il est exposé à des vapeurs chimiques. Cette fonctionnalité rend les capteurs précieux détecteurs de toxines ou de pathogènes aéroportés.

Il s'avère que la peau de dinde peut passer du rouge au bleu au blanc, grâce à des faisceaux de collagène entrecoupés d'un réseau dense de vaisseaux sanguins. C'est cette caractéristique changeante de couleur qui donne à la dinde le nom "d'oiseau à sept faces" en coréen et en japonais.

Les chercheurs ont déclaré que l'espacement entre les fibres de collagène change lorsque les vaisseaux sanguins gonflent ou se contractent, selon que l'oiseau est excité ou en colère. La quantité de gonflement modifie la manière dont les ondes lumineuses sont dispersées et, à son tour, modifie les couleurs que les gens voient sur la tête de l'oiseau.

Seung-Wuk Lee, professeur agrégé de bio-ingénierie à Berkeley, a dirigé une équipe de recherche pour reproduire cette capacité de changement de couleur à créer des biocapteurs capables de détecter des produits chimiques volatils.

"Dans notre laboratoire, nous étudions comment la lumière est générée et les modifications de la nature, puis nous utilisons ce que nous apprenons pour concevoir de nouveaux dispositifs", a déclaré Lee, également chercheur au sein du corps professoral du Lawrence Berkeley National Laboratory.

Les chercheurs ont créé une application mobile, l'analyseur iColour, pour montrer qu'une photo sur un smartphone des bandes de couleurs du capteur pourrait être utilisée pour aider à identifier les produits chimiques d'intérêt, tels que la vapeur de l'explosif TNT. Ils ont décrit leurs expériences dans une étude publiée aujourd'hui (21 janvier) dans le journal Nature Communications.

Les capteurs qui donnent des lectures de couleur sont plus faciles à utiliser et à lire que les biocapteurs conventionnels. Cependant, les principaux capteurs à base de couleurs en cours de développement ailleurs ne permettent de détecter qu'une gamme limitée de produits chimiques et, selon les chercheurs, peuvent être très difficiles à fabriquer.

"Notre système est pratique et sa fabrication est peu coûteuse", a déclaré Lee. "Nous avons également montré que cette technologie pouvait être adaptée de manière à ce que les smartphones puissent aider à analyser l'empreinte digitale couleur du produit chimique ciblé. Nous pourrions éventuellement utiliser cette même technologie pour créer un test respiratoire permettant de détecter le cancer et d'autres maladies."

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En copiant ce motif en peau de dinde, Lee et son équipe ont utilisé une technique pour imiter des nanostructures telles que des fibres de collagène. Les chercheurs ont trouvé un moyen d'obtenir que les bactériophages M13, des virus bénins dont la forme ressemble beaucoup aux fibres de collagène, s'auto-assemblent pour former des motifs faciles à ajuster.

Les chercheurs ont découvert que, comme les fibres de collagène, ces nanostructures en faisceaux de phages se développaient et se contractaient, entraînant des changements de couleur. Le mécanisme exact derrière les faisceaux de phages en contraction ou en expansion n'est toujours pas clair, mais il est possible que la petite quantité d'eau contenue dans le phage réagisse aux vapeurs chimiques, ont déclaré les chercheurs.

Les biocapteurs inspirés de la dinde ont été exposés à une gamme de composés organiques volatils, notamment l'hexane, l'alcool isopropylique et le méthanol, ainsi que le TNT, à des concentrations de 300 parties par milliard. Les chercheurs ont découvert que les virus se gonflaient rapidement, ce qui donnait des motifs de couleur spécifiques servant «d'empreintes digitales» pour distinguer les différents produits chimiques testés. [Le zoo de San Diego ouvre un centre de technologie inspirée par les animaux]

Les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient convaincre le biocapteur de mieux détecter la TNT en modifiant génétiquement l'ADN du bactériophage M13 afin qu'il se lie aux sites spécifiques de la TNT. Les chercheurs ont ensuite exposé le biocapteur à deux autres produits chimiques, le DNT et le MNT, qui ont une structure moléculaire similaire à celle du TNT. Le biocapteur d'ingénierie a réussi à distinguer le TNT des autres produits chimiques avec des bandes de couleurs distinctes.

Les ingénieurs de Berkeley ont mis au point des capteurs bio-inspirés à base de bactériophages (virus qui ciblent les bactéries) qui imitent les fibres de collagène de la peau de dinde. Lorsqu'ils sont exposés à des produits chimiques cibles, les faisceaux de type collagène se dilatent ou se contractent, générant différentes couleurs. Les chercheurs ont également créé une application mobile pour analyser les bandes de couleurs du capteur.

Les ingénieurs de Berkeley ont mis au point des capteurs bio-inspirés à base de bactériophages (virus qui ciblent les bactéries) qui imitent les fibres de collagène de la peau de dinde. Lorsqu'ils sont exposés à des produits chimiques cibles, les faisceaux de type collagène se dilatent ou se contractent, générant différentes couleurs. Les chercheurs ont également créé une application mobile pour analyser les bandes de couleurs du capteur.

Crédit: Schéma fourni par le Laboratoire Seung-Wuk Lee; UC Berkeley.

Les biocapteurs ont également été en mesure de signaler des variations d'humidité relative allant de 20 à 90%, devenant plus rouges avec un air plus humide et plus bleus avec un air plus sec.

L'auteur principal de l'étude est Jin-Woo Oh, un ancien chercheur postdoctoral du laboratoire de Lee et actuellement professeur adjoint au département des nanomatériaux à l'Université nationale de Pusan ​​en Corée du Sud.

La National Science Foundation; l'administration du programme d'acquisition de la défense et l'Agence pour le développement de la défense en Corée du Sud; Ministère coréen de l'éducation, des sciences et de la technologie; et Samsung a aidé à soutenir ce travail.

Les opinions exprimées sont celles de l'auteur et ne reflètent pas nécessairement celles de l'éditeur. Cette version de l'article a été publiée à l'origine sur WordsSideKick.com.


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