Le graphène est un matériau d’épaisseur atomique composé d’atomes de carbone, liés entre eux par des liaisons chimiques, dont le mouvement et l’élasticité peuvent produire des vibrations résonnantes, appelées phonons, qui peuvent être mesurées de manière très précise ². Le prototype expérimental développé par cette équipe de chercheurs consiste en la combinaison de feuilles de graphène, 1000 fois plus fines qu’un timbre, fonctionnalisé avec un anticorps ciblant la protéine spike du coronavirus. Lorsqu’une molécule telle que le SARS-CoV-2 interagit avec le graphène via l’anticorps, elle change les vibrations résonnantes d’une façon relativement spécifique et quantifiable ^1,3.

Les chercheurs de l’Université de Chicago ont mesuré les vibrations de ces feuilles au niveau atomique pendant qu’elles étaient exposées à des échantillons de salive artificielle contenant ou non le virus. Dans le cadre de ces expérimentations, le graphène a été calibré de manière à réagir uniquement avec la protéine spike du SARS-CoV-2. Les résultats ont montré que les vibrations des anticorps, couplées au feuilles de graphène, étaient en effet modifiées uniquement pour des échantillons positifs à la COVID et non pour ceux négatifs ou encore ceux contenant d’autres types de coronavirus. Les variations vibrationnelles, mesurées avec un spectromètre Raman, étaient observées en moins de 5 min. En utilisant cette méthode, le graphène peut être alors utilisé de façon similaire pour détecter les variants du SARS-CoV-2.  Ces découvertes ont été publiées dans le journal ACS Nano ¹.

Les besoins pour une détection fiable et rapide sont importants, notamment pour le SARS-CoV-2 et ses variants. L’utilisation d’un capteur à base de graphène présente des avantages dont la sensibilité, la sélectivité, la rapidité de la mesure et son coût potentiellement abordable. Ce type de biocapteur à base de feuilles de graphène a également été testé pour d’autres types de coronavirus tels que celui du Middle East respiratory syndrome (MERS-CoV)^{4 5}. Aussi, les applications potentielles de ce type de capteur à l’échelle atomique pourraient s’étendre de la détection de la COVID, aux différents coronavirus, voire à certaines maladies neurodégénératives ⁶ et au cancer ⁷.

Rédactrice :

Lynda Amichi, attachée adjointe pour la Science et la Technologie, Houston

Références :

1. Nguyen, N. H. L., Kim, S., Lindemann, G. & Berry, V. COVID-19 Spike Protein Induced Phononic Modification in Antibody-Coupled Graphene for Viral Detection Application. ACS Nano acsnano.1c02549 (2021) doi:10.1021/acsnano.1c02549.
2. Terse-Thakoor, T., Badhulika, S. & Mulchandani, A. Graphene based biosensors for healthcare. J. Mater. Res. 32, 2905 (2017).
3. Seo, G. et al. Rapid Detection of COVID-19 Causative Virus (SARS-CoV-2) in Human Nasopharyngeal Swab Specimens Using Field-Effect Transistor-Based Biosensor. ACS Nano 14, 5135–5142 (2020).
4. CDC. Middle East Respiratory Syndrome (MERS). Centers for Disease Control and Prevention https://www.cdc.gov/coronavirus/mers/index.html (2019).
5. Carey, J. & Chicago, U. of I. at. Graphene can be used to detect COVID-19 quickly, accurately. https://phys.org/news/2021-06-graphene-covid-quickly-accurately.html.
6. Using graphene to detect ALS, other neurodegenerative diseases. ScienceDaily https://www.sciencedaily.com/releases/2018/12/181205133930.htm.
7. Crumpled graphene makes ultra-sensitive cancer DNA detector. ScienceDaily https://www.sciencedaily.com/releases/2020/03/200324090014.htm.