Voir les concentrations de toxines à l’œil nu


Des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont mis au point une méthode rapide et rentable pour tester les liquides pour une famille omniprésente de composés chimiques connus sous le nom d’amphiphiles, qui sont utilisés pour détecter des maladies telles que le début- stade de la tuberculose et du cancer ainsi que pour détecter les toxines dans les médicaments, les aliments, les dispositifs médicaux et les réserves d’eau.

La recherche a été publiée récemment dans le Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS).

L’étalon-or d’aujourd’hui pour tester les endotoxines, un type courant d’amphiphiles qui peuvent contaminer l’eau et causer des maladies graves et la mort, nécessite l’utilisation de composés que l’on ne trouve que dans le sang des limules, ce qui rend le processus coûteux et non durable. Les alternatives moins chères ne sont pas assez sensibles pour détecter les amphiphiles à des niveaux significatifs.

Le nouveau test, développé par Joanna Aizenberg, professeur Amy Smith Berylson de science des matériaux et professeur de chimie et de biologie chimique à SEAS, et Xiaoguang Wang, ancien boursier postdoctoral du laboratoire Aizenberg et maintenant professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire à Ohio State University, utilise des gouttelettes roulantes sur des surfaces microstructurées pour détecter les amphiphiles à des concentrations ultra-faibles.

L’équipe de recherche a démontré la technique pour détecter les niveaux d’endotoxines amphiphiles pathogènes dans l’eau, des composés qui peuvent être toxiques même à des concentrations extrêmement faibles.

La surface microstructurée est composée de milliers de micropiliers circulaires, uniformément recouverts de molécules à longue queue auto-assemblées, créant une interface lisse et sans frottement, sauf sur les bords des micropiliers. Ici, il y a des lacunes dans le revêtement – comme des nids-de-poule moléculaires. Lorsqu’une gouttelette roule sur la surface, si elle n’a pas de molécules amphiphiles, elle heurtera un nid-de-poule et s’arrêtera, incapable de surmonter le frottement du bord désordonné.

Mais une gouttelette avec des niveaux plus élevés d’amphiphiles continuera à rouler car les molécules amphiphiles se co-assembleront avec des molécules à longue queue et combleront les lacunes de la surface – comme un finisseur lissant la surface d’une route. Dans le cas des endotoxines, au fur et à mesure que les molécules amphiphiles se déposent à la surface, elles se connectent à d’autres molécules amphiphiles dans la gouttelette, construisant des composés de plus en plus gros qui ralentissent et arrêtent finalement la gouttelette. L’endroit où la gouttelette s’arrête à la surface vous indique le nombre de nids-de-poule qu’elle a colmatés, et donc la concentration d’amphiphiles.

« Nos surfaces fournissent une méthode rapide et portable de détection des amphiphiles dans les gouttelettes que vous pouvez voir à l’œil nu », a déclaré Aizenberg. « Aucune autre méthode ne permet la détection aux niveaux bas que nous observons dans nos tests, sans utiliser d’équipement coûteux ou sophistiqué. »

Les chercheurs ont également développé un modèle pour prédire comment différents composés amphiphiles à différentes concentrations interagiraient avec la surface structurée. En modifiant la taille, la forme et la distance entre les piliers, ainsi que le revêtement moléculaire, la surface peut être réglée pour détecter des types spécifiques d’amphiphiles à des concentrations spécifiques.

« Notre méthode est largement applicable à tout type d’amphiphile », a déclaré Wang. « Avec cette méthode générale, nous détectons déjà des endotoxines à des niveaux pertinents pour les tests de qualité de l’eau, mais le test peut également être optimisé pour détecter des concentrations encore plus faibles. »

La recherche a été co-écrite par Yuxing Yao, Robert KA Bennett, Yang Xu, Adil M. Rather, Shucong Li, Tung Chun Cheung, Alisha Bhanji, Michael J. Kreder et Dan Daniel. Il a été soutenu par la National Science Foundation (NSF) par le biais du centre de recherche scientifique et technique sur les matériaux de l’Université de Harvard DMR-201154.

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