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Jul 13, 2023

Soie

Des chercheurs de la Tufts School of Engineering ont développé un moyen de détecter les bactéries, les toxines et les produits chimiques dangereux dans l'environnement à l'aide d'un capteur biopolymère qui peut être imprimé comme de l'encre sur un grand écran.

Des chercheurs de la Tufts School of Engineering ont développé un moyen de détecter les bactéries, les toxines et les produits chimiques dangereux dans l'environnement à l'aide d'un capteur biopolymère qui peut être imprimé comme de l'encre sur une large gamme de matériaux, y compris des objets portables tels que des gants, des masques ou des objets de tous les jours. vêtements. Il peut même être intégré à des drones pour détecter des traces de SARS-CoV-2 en suspension dans l’air, ou il pourrait être modifié pour s’adapter à la prochaine menace pour la santé publique.

Le capteur, basé sur des protéines conçues par ordinateur et de la fibroïne de soie extraites des cocons de la teigne à soie Bombyx Mori, peut également être intégré dans des films, des éponges et des filtres, ou moulé comme du plastique pour échantillonner et détecter les dangers aériens et hydriques, ou utilisé pour signaler des infections ou même un cancer dans notre corps.

Ces capteurs constituent un grand pas en avant par rapport aux autres approches de mesure des agents pathogènes ou des produits chimiques dans l'environnement, qui reposent souvent sur des composants biologiques qui se dégradent rapidement et nécessitent un stockage soigneux. Les capteurs ne dépendent pas non plus de composants électroniques qui peuvent être difficiles à intégrer dans des matériaux portables flexibles.

Pour en savoir plus, j'ai interviewé deux des chercheurs, Fiorenzo Omenetto, professeur d'ingénierie Frank C. Doble et directeur du Tufts Silklab, et Giusy Matzeu, ancien professeur-chercheur au Silklab.

« Notre méthode de détection permet de surveiller en temps réel ce qui se passe dans l'environnement. Il peut également détecter ce qui peut se produire dans le corps humain en surveillant, de manière non invasive, les fluides biologiques comme la salive ou l'haleine », a déclaré Matzeu.

Le composant actif du capteur de biopolymère, développé par David Baker, professeur Henrietta et Aubrey Davis en biochimie à l'Institute for Protein Design de l'Université de Washington, est un commutateur moléculaire conçu à l'aide de techniques de dynamique moléculaire et d'intelligence artificielle. Ces commutateurs moléculaires sont constitués de protéines synthétiques qui agissent comme une serrure et une clé, dans une cage, et sont sensibles à un analyte particulier.

Lorsqu’un virus, une toxine ou une autre molécule cible s’approche, il se lie au commutateur et ouvre la cage. Une autre partie de l’interrupteur – une clé moléculaire – peut alors s’insérer dans la serrure, et la combinaison forme une enzyme luciférase complète, similaire à l’enzyme qui éclaire les lucioles et les vers luisants. L'intensité de la luminescence augmente avec les changements dans la concentration de la molécule cible – l'analyte.

Dans le langage plus formel de leur article publié dans le numéro du 9 décembre 2022 d'Advanced Materials : « Dans les commutateurs protéiques conçus de novo, la fonction de détection est assurée par la synergie de deux composants protéiques conçus, le lucCage et le lucKey qui peuvent passer d'un état sombre fermé à un état luminescent ouvert en présence d'un analyte. La bioluminescence de la luciférase qui en résulte fournit une lecture rapide, spécifique et sensible de l’association de commutation lucCage-lucKey pilotée par l’analyte.

L'interrupteur lumineux moléculaire est intégré dans un mélange de protéines d'origine naturelle extraites de cocons de soie, appelées fibroïne de soie. La fibroïne de soie régénérée (RSF) est le composant inactif du capteur biopolymère, mais elle possède des caractéristiques uniques, notamment la capacité d'être traitée et fabriquée à l'aide de méthodes sûres à base d'eau, et une polyvalence remarquable pour être fabriquée dans différents formats, tels que films, éponges et encres facilement transférés sur les surfaces via des imprimantes commerciales. De plus, la fibroïne de soie stabilise le commutateur moléculaire et prolonge considérablement sa durée de conservation.

Des tests de vieillissement accéléré ont été effectués sur des éponges et des films de détection stockés à 60 °C (140 °F) pendant quatre mois et leur réactivité a été analysée après des intervalles de temps spécifiques. Au cours de la période de quatre mois, les performances de détection de ces formats (à la fois la sensibilité et la plage dynamique) ont été préservées. De plus, la stabilité des éponges après un stockage d'un an à température ambiante a été testée et il s'est avéré qu'elles restaient réactives.