Les produits chimiques dangereux aéroportés peuvent être dilués, mobiles et difficiles à piéger. Pourtant, la mesure avec précision de ces produits chimiques est essentielle pour protéger la santé humaine et l'environnement.
Maintenant, un nouveau dispositif à faible coût, surnommé capable, pourrait rendre la collecte et la détection des dangers en suspension dans l'air beaucoup plus efficaces. L'appareil, seulement quatre sur huit pouces de diamètre, a été conçu par Jingcheng MA, Professeur adjoint de génie aérospatial et mécanique à l'Université de Notre Dame et chercheurs de l'Université de Chicago. Les résultats de leur travail ont été publiés dans Génie chimique de la nature.
ABLE a des applications immédiates dans les hôpitaux, où les virus, les bactéries et les nanoplastiques peuvent être détectés directement à partir de l'air – offrant des alternatives moins invasives aux prélèvements sanguins, en particulier pour les nourrissons vulnérables dans les unités néonatales.
« De nombreux biomarqueurs importants – les molécules que votre corps produit lorsqu'elles traitent des agents pathogènes – sont très diluées dans l'air. Ils pourraient être au niveau des milliards. Essayer de les trouver, c'est comme localiser six à sept personnes dans la population mondiale – très difficile », a déclaré MA, le premier auteur de l'étude, qui a mené la recherche en tant que postdoc à l'Université de Chicago.
Ma, dont la formation des diplômés était dans les sciences thermiques et les systèmes énergétiques – un domaine dans lequel le transfert d'eau du liquide à la vapeur est central – s'est demandé comment les biomarqueurs aéroportés pourraient se comporter s'ils étaient condensés dans un liquide. Ces molécules pourraient-elles être capturées dans des gouttelettes d'eau? Leur concentration dans le liquide serait-elle la même que leur concentration dans l'air? Les différentes molécules se condenseraient-elles différemment?
Si les biomarqueurs aéroportés sont testés sous forme de gaz, de grandes machines coûteuses – telles que des spectromètres de masse – sont généralement nécessaires. Cependant, si les chercheurs pouvaient convertir l'air en liquide, une gamme d'outils de mesure précis et à faible coût est devenu disponible – des bandes de test papier, des capteurs électrochimiques, des tests enzymatiques et des capteurs optiques.
Nous avons découvert que de nombreuses molécules peuvent saisir efficacement les gouttelettes d'eau même lorsque leur concentration est très faible. Nous n'avions pas besoin de développer des systèmes chimiques avancés pour capturer ces biomarqueurs dans l'eau. C'est un processus très naturel. «
Jingcheng MA, Professeur adjoint de génie aérospatial et mécanique, Université de Notre Dame
L'appareil capable, qui peut être fait pour moins de 200 $, suce à l'air, ajoute de la vapeur d'eau et le refroidit. L'échantillon d'air se condense en gouttelettes d'eau sur une surface de pointes microscopiques de silicium – un processus par lequel même de minuscules quantités de contaminants deviennent très concentrées. Ces gouttelettes glissent ensuite dans un réservoir où ils sont testés pour les biomarqueurs.
Le groupe de recherche de MA, l'interfacial Thermofluids Lab (ITL), explore les moyens de miniaturiser capables, ce qui lui permet de s'adapter à des systèmes de détection portable ou à des plateformes robotiques pour la surveillance de l'environnement et des soins de santé. Le groupe travaille également avec des partenaires communautaires pour surveiller la santé des nourrissons vulnérables en soins néonatals.
« J'aime faire ce que j'appelle la« recherche budgétaire », c'est-à-dire utiliser des composants simples et à faible coût, mais faire quelque chose d'important que personne n'a réalisé auparavant. J'aime la recherche qui offre quelque chose que tout le monde peut acheter dans le magasin», a déclaré Ma.
