Un cliquet brownien est capable de détecter des virus dissimulés dans l’eau

Une nouvelle méthode de concentration des particules présentes dans un échantillon offre un moyen rapide et simple pour déceler des traces infimes de contamination virale.

Santé

Détecter des particules très diluées dans des systèmes nanofluidiques reste difficile en raison du faible taux de diffusion, ce qui limite la vitesse à laquelle la particule présentant un intérêt heurte un capteur. Le projet MoViD, financé par l’UE, a utilisé le transport actif de particules concernées migrant en entonnoir vers un capteur, jusqu’à atteindre éventuellement des niveaux de sensibilité précédemment inaccessibles. La présence de moins de dix particules virales par litre d’eau peut aboutir à une infection, mais, en présence de si faibles quantités, une quelconque contamination est impossible à détecter. D’ordinaire, des échantillons d’eau potable sont préfiltrés et concentrés jusqu’à mille fois pour collecter suffisamment de particules virales alors devenues détectables par la méthode de l’établissement de l’empreinte génétique.

Une sensibilité attomolaire

La validation du concept du dispositif développé par Armin Knoll et son équipe au Centre de recherche IBM en Suisse est réalisée par l’utilisation de nanocanaux capables de séparer des objets en fonction de leur taille, avant de les transporter activement vers des réservoirs de détection. Cela permet de les détecter avec une sensibilité atteignant des concentrations attomolaires, ce qui équivaut à détecter un litre de colorant qui aurait été versé dans la Méditerranée. «Le transport actif peut repêcher tous les éléments concernés à partir d’un certain volume de fluide et les transférer vers la zone de détection», affirme Armin Knoll. «Nous enrichissons dans la zone concernée la concentration en particules selon leur ordre de grandeur.» Pour cela, l’équipe a créé ce qu’elle appelle un moteur brownien à bascule. Le mouvement brownien fait référence au mouvement vibrant aléatoire des nanoparticules en solution qui apparaît lorsqu’elles sont poussées d’avant en arrière par des molécules d’eau. Pour fonctionner, le moteur utilise un motif cranté gravé à la surface du dispositif nanofluidique, ce qui permet à ces particules de bouger dans un sens mais pas dans l’autre.

Un environnement électrique

«Si vous confinez la particule entre la géométrie du cliquet et la surface en verre, il se crée un environnement électrique», explique Armin Knoll. «Ensuite, nous appliquons un champ électrique pour déséquilibrer les particules et les faire se déplacer.» En calibrant soigneusement la charge appliquée à l’échantillon, l’équipe a réussi à déplacer sélectivement les particules d’une taille donnée, en mettant l’accent sur l’étape de concentration des particules virales. Le procédé équivaut à secouer un pot de noix mélangées, ce qui favorise le déplacement des plus grosses noix vers le haut du pot et celui des plus petites vers le bas. «En une heure, nous pouvons capturer tous les virus présents dans un échantillon de cinq microlitres», note Armin Knoll. L’équipe utilise aussi des méthodes optiques basées sur la microscopie interférométrique pour détecter les virus concentrés et en déterminer leur nombre. De plus, une fois concentrées, les particules virales peuvent être extraites du dispositif nanofluidique pour poursuivre leur traitement.

De nouvelles limites

Le projet a été soutenu par le Conseil européen de la recherche. «Sans ce financement, nous n’aurions pas pu partir dans cette direction», affirme Armin Knoll. «Nous progressons mais nous n’avons pas encore atteint notre objectif. Nous pouvons détecter des virus mais nous ne savons pas encore déterminer leur concentration.» Il ajoute: «Maintenant, nous voulons trouver les limites de ce que nous pouvons détecter, nous voulons savoir ce qu’il est possible de mettre en œuvre et quelle sera la sensibilité obtenue.» L’objectif de l’étude est de mieux comprendre le mode de propagation des virus dans l’environnement et ainsi d’assurer une surveillance continue des cours d’eau sans avoir recours au procédé de concentration et d’analyse génétique, tous deux chronophages. Détecter des virus dans des fluides plus complexes, comme les échantillons sanguins, est également un projet d’étude envisagé par l’équipe.