Le nez bioélectronique détecte les agents de guerre chimique gazeux

Jul 24, 2023

Crédit : Cellules de conception / iStock / Getty Images Plus

En attachant des récepteurs olfactifs humains à un capteur à base de graphène, les chercheurs ont créé une plateforme nasale bioélectronique permettant de détecter un agent neurotoxique afin de répondre aux risques de biosécurité et de soutenir la gestion des crises médicales. So-ong Kim de l'Université nationale de Séoul et Sung Gun Kim de Samsung Electronics ont dirigé une équipe de chercheurs pour fabriquer un nez bioélectronique doté du récepteur olfactif humain 2T7 (hOR2T7) afin de détecter le méthylphosphonate de diméthyle (DMMP), un composé souvent utilisé dans les neurones. agents.

L’article de recherche intitulé « Capteur Ni-rGO combiné à des nanodisques intégrés à des récepteurs olfactifs humains pour détecter le DMMP en phase gazeuse en tant que simulateur d’agents neurotoxiques » a été publié dans ACS Sensors.

Les capteurs de gaz destinés aux applications de sécurité et militaires nécessitent des attributs importants, notamment une sensibilité au niveau des traces dans la plage ppm à ppb, une sélectivité pour la discrimination, une réponse rapide, un fonctionnement simple, une production à grande échelle, une miniaturisation et une faible consommation d'énergie. Les nez bioélectroniques sont des biocapteurs dotés de fonctions et de composants similaires aux systèmes de détection olfactive humains, tels que les récepteurs olfactifs humains. Ces grandes familles de récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) agissent comme des détecteurs de plusieurs molécules à l'interface entre les composés chimiques et la détection biologique. Les récepteurs olfactifs humains peuvent être fabriqués à moindre coût et en grande quantité avec E. coli, et lorsqu'ils sont combinés avec des nanomatériaux comme le graphène, ils peuvent être plus sensibles aux molécules cibles tout en conservant leur affinité pour elles.

Des recherches antérieures ont montré que lorsque hOR2T7 est utilisé avec un transistor à effet de champ à nanotubes de carbone, il peut détecter le DMMP après sa reconstitution à l'aide de micelles détergentes, qui sont des agrégats colloïdaux stables de monomères détergents dont les extrémités non polaires sont repliées vers l'intérieur. Malheureusement, elle se limitait à détecter des ligands dans un milieu liquide plutôt que gazeux.

Pour détecter le DMMP en phase gazeuse, les chercheurs ont synthétisé hOR2T7 dans le système E. coli puis l'ont reconstitué sous forme de nanodisques pour cette étude. Les nanodisques, composés de récepteurs olfactifs humains, de lipides et d'une protéine d'échafaudage membranaire liant étroitement les lipides et les récepteurs, ont été choisis comme meilleur matériau pour les capteurs de gaz en raison de leur stabilité accrue dans diverses conditions. En fabriquant un capteur à partir d’oxyde de graphène réduit (Ni-rGO) recouvert de nickel et de nanodisques hOR2T7 correctement orientés, le DMMP en phase gazeuse a pu être détecté de manière sensible et sélective. Ils ont montré que le nez bioélectronique pouvait détecter le gaz DMMP de manière sélective et répétée à une concentration d'une partie par milliard (ppb). Le gaz sarin, l'un des agents neurotoxiques les plus toxiques, provoque la mort dans les 10 minutes suivant son inhalation à une concentration supérieure à 66 ppb.

Ce nez bioélectronique sensible et sélectif peut être un outil pratique pour détecter des agents de guerre chimique gazeux dans les domaines militaires et de la sécurité. Des études supplémentaires sont nécessaires pour explorer son utilisation dans des domaines pratiques, notamment la détection du gaz DMMP dans l'air à différents niveaux d'humidité et de température, ainsi que la réalisation de tests avec de véritables tests d'agents neurotoxiques tels que le gaz sarin. Néanmoins, cette technologie peut offrir une stratégie prometteuse pour développer des capteurs spécifiques pour les gaz agents neurotoxiques dotés de la sensibilité et de la sélectivité élevées des récepteurs olfactifs humains.