Dans une étude récente publiée dans le Question journal, les chercheurs ont démontré la détection des maladies infectieuses respiratoires à l’aide de masques bioélectroniques.
Les virus respiratoires peuvent continuer à circuler dans l’air par le biais de gouttelettes ou d’aérosols pendant la période d’incubation de la transmission interhumaine. Selon des études, une seule toux, un éternuement ou même quelques minutes de conversation peuvent générer des milliers de gouttelettes infectieuses contenant des virus qui peuvent persister dans l’air comme moyen de transmission pendant de longues périodes. Par conséquent, la méthode la plus prometteuse pour le diagnostic précoce de troubles infectieux graves comme les infections par le coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère 2 (SRAS-CoV-2) pourrait être la détection directe des virus dans l’air. L’examen direct des milieux aéroportés est une approche sous-utilisée pour diagnostiquer les maladies respiratoires infectieuses.
Sommaire
Présentation du masque bioélectronique
Dans la présente étude, les chercheurs ont développé un dispositif de masque bioélectronique portable qui a été intégré à des transistors ioniques (IGT) pour détecter les infections respiratoires.
Le gadget bioélectronique placé à l’extérieur du masque peut évaluer immédiatement les virus contagieux dans l’air pendant qu’une personne le porte. La rétroaction des données sans fil peut également être obtenue simultanément en temps réel sur l’appareil mobile. Une valve respiratoire, une carte de circuit imprimé (PCB) et un dispositif IGT ayant du poly(2,3-dihydrothiéno-1,4-dioxine)-poly(styrènesulfonate) (PEDOT:PSS) comme matériaux de canal sont tous inclus dans le bioélectronique masque. Un gel ionique de liquide ionique d’alcool polyvinylique rhomboédrique (PVA) (PVA-IL) a été utilisé pour modeler l’IL-IGT polymérisé à trois canaux (PIL-IGT) sur les électrodes. L’appareil était bien adapté à la surface de flexion du masque facial puisqu’il était construit à partir d’un substrat mince et flexible en polyéthylène téréphtalate (PET). De plus, une valve respiratoire amovible a été fournie pour couvrir les ports de l’IGT à détection PIL et protéger contre les dommages et la contamination par la poussière.
Fabrication, principes de fonctionnement et performances du PIL-IGT
En tant que composant principal du gel ionique, le PVA a été utilisé en raison de sa biocompatibilité élevée. En ajoutant du 1-éthyl-3-méthylimidazole bis (trifluorométhylsulfonyl) imide (EMIM : TFSI), communément appelé PVA-IL, au gel ionique, la conductivité ionique a été augmentée. Un système à double solvant composé d’eau et de diméthylsulfoxyde (DMSO) a été utilisé comme milieu de dispersion pour améliorer la dispersibilité de l’EMIM lipophile : TFSI dans le PVA.
L’impression tridimensionnelle (3D) a été utilisée pour créer une conception pour un gel ionique PAV-IL sur trois canaux PIL-IGT différents. De plus, la fabrication des transistors a été simplifiée par la propriété imprimable du gel ionique PVA-IL. Des PIL-IGT à grande échelle peuvent être fabriqués à l’aide d’une impression programmable et d’un gel ionique PVA-IL homogène, ce qui pourrait aider à minimiser la variance de l’appareil. De plus, l’impression à point fixe a permis une régulation minutieuse de la couverture du gel ionique PVA-IL.
Lorsqu’une tension positive est connectée à l’électrode de grille, les ions positifs se déplacent vers la couche de canal gel ionique/PEDOT:PSS pour former une double couche électrique (EDL), tandis que les ions négatifs dans le gel ionique PVA-IL migrent et s’accumulent sur l’interface gel ionique/électrode de grille. En raison de sa conductivité ionique, PEDOT:PSS peut être injecté et dopé avec des ions positifs partiels dans un gel ionique PVA-IL. Le dopage aux ions positifs favorise la progression de la réaction dans une direction positive. Le corps principal conducteur (PEDOT–) dans la couche active revenue à la neutralité (PEDOT0) en raison de la concurrence pour les groupes chargés négativement (PSS–), qui se manifeste par une baisse du courant circulant entre l’électrode de courant et l’électrode source.
Le courant source-drain (Idès) dans les courbes de sortie réduites en tant que tension grille-source (Vgs) a été augmenté par pas de 0,2 V, montrant un effet de déclenchement remarquable de la tension de grille lorsqu’il est exposé au gel ionique PVA-IL. Un contact ohmique significatif entre les matériaux du canal et le gel ionique PVA-IL a également été démontré par la courbe de relation entre le courant source-drain et la tension source-drain. Cela pourrait résulter de la fluidité du gel ionique avant moulage et de sa flexibilité après moulage.
Détection de cibles dans des traces de liquide
La protéine cible a été examinée à l’aide du PIL-IGT en immobilisant de nombreux aptamères comme sondes biologiques. Les adaptabilités uniliquides des aptamères à la température, au pH et aux conditions chimiques ont été prises en compte pour l’étude.
La réactivité de PIL-IGT en tant que plateforme de détection universelle a été évaluée à l’aide de protéines de maladies infectieuses respiratoires, notamment le SRAS-CoV-2, le H1N1 et le H5N1. Il a été découvert que lorsque les quantités de protéines de pointe du SRAS-CoV-2 sont passées de 0,1 fg/mL à 10 ng/mL, la courbe de transfert de PIL-IGT a montré un décalage perceptible vers un niveau de tension de grille inférieur. Après liaison aux cibles protéiques, les aptamères ont subi des réarrangements conformationnels. Cela a modifié la tension de grille effective dans le circuit de grille ainsi que la distribution et la concentration des charges de surface sur l’électrode de grille.
Détection de cibles en milieu gazeux
Pour imiter la propagation des aérosols en milieu ouvert, un atomiseur a été utilisé. L’atomiseur produisait un gaz d’atomisation pouvant atteindre 3 à 5 mm, soit à peu près la taille de gouttelettes en suspension dans l’air. Les variations de tension de grille observées lorsque le PIL-IGT a été exposé aux protéines de pointe du SARS-CoV-2 dans le gaz d’atomisation étaient compatibles avec celles observées lors de la détection d’échantillons liquides à l’état de traces. Semblable à celui noté pour le gaz d’atomisation contenant les protéines H1N1 et H5N1, le PIL-IGT a également démontré une chute de gradient de tension de grille, démontrant sa capacité à tester des cibles dans le gaz d’atomisation.
Pour résumer, l’étude a décrit les caractéristiques du dispositif de masque bioélectronique portable basé sur des IGT ayant un gel ionique comme couche diélectrique.
