Les nanodiamants quantiques peuvent aider à détecter les maladies plus tôt – ScienceDaily

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Les capacités de détection quantique des nanodiamants peuvent être utilisées pour améliorer la sensibilité des tests de diagnostic sur papier, permettant potentiellement une détection plus précoce de maladies telles que le VIH, selon une étude menée par des chercheurs de l’UCL dans le groupe i-sense McKendry.

Les tests d’écoulement latéral sur papier fonctionnent de la même manière qu’un test de grossesse en ce qu’une bande de papier est trempée dans un échantillon de liquide et qu’un changement de couleur – ou de signal fluorescent – indique un résultat positif et la détection des protéines virales ou de l’ADN . Ils sont largement utilisés pour détecter des virus allant du VIH au SRAS-CoV-2 (des tests de flux latéral pour Covid-19 sont actuellement testés à travers l’Angleterre) et peuvent fournir un diagnostic rapide, car les résultats n’ont pas à être traités dans un laboratoire. .

La nouvelle recherche, publiée dans La nature, ont découvert que des nanodiamants peu coûteux pouvaient être utilisés pour signaler la présence d’un marqueur de la maladie du VIH avec une sensibilité plusieurs milliers de fois supérieure à celle des nanoparticules d’or largement utilisées dans ces tests.

Cette plus grande sensibilité permet de détecter des charges virales plus faibles, ce qui signifie que le test pourrait détecter des niveaux inférieurs de maladie ou détecter la maladie à un stade plus précoce, ce qui est crucial pour réduire le risque de transmission des personnes infectées et pour un traitement efficace de maladies telles que le VIH.

L’équipe de recherche travaille sur l’adaptation de la nouvelle technologie pour tester le COVID-19 et d’autres maladies au cours des prochains mois. Une prochaine étape clé consiste à mettre au point un appareil portatif capable de «lire» les résultats, comme la technique a été démontrée à l’aide d’un microscope dans un laboratoire. D’autres études d’évaluation clinique sont également prévues.

L’auteur principal, le professeur Rachel McKendry, professeur de nanotechnologie biomédicale à l’UCL et directeur d’i-sense EPSRC IRC, a déclaré: «Notre étude de preuve de concept montre comment les technologies quantiques peuvent être utilisées pour détecter des niveaux ultra-faibles de virus dans un échantillon de patient, permettant diagnostic beaucoup plus précoce.

«Nous nous sommes concentrés sur la détection du VIH, mais notre approche est très flexible et peut être facilement adaptée à d’autres maladies et types de biomarqueurs. Nous travaillons à adapter notre approche au COVID-19. Nous pensons que cette nouvelle technologie transformatrice profitera aux patients et protéger les populations contre les maladies infectieuses. “

Les chercheurs ont utilisé les propriétés quantiques de nanodiamants fabriqués avec une imperfection précise. Ce défaut dans la structure très régulière d’un diamant crée ce qu’on appelle un centre de vide d’azote (NV). Les centres NV ont de nombreuses applications potentielles, du biomarking fluorescent pour une utilisation dans l’imagerie ultra-sensible aux qubits de traitement de l’information dans l’informatique quantique.

Les centres NV peuvent signaler la présence d’un antigène ou d’une autre molécule cible en émettant une lumière fluorescente brillante. Dans le passé, les marqueurs fluorescents ont été limités par la fluorescence de fond, que ce soit à partir de l’échantillon ou de la bandelette de test, ce qui rend plus difficile la détection de faibles concentrations de protéines virales ou d’ADN qui indiqueraient un test positif. Cependant, les propriétés quantiques des nanodiamants fluorescents permettent à leur émission d’être modulée de manière sélective, ce qui signifie que le signal peut être fixé à une fréquence définie à l’aide d’un champ micro-ondes et peut être efficacement séparé de la fluorescence de fond, adressant cette limitation.

Les résultats optiques ont montré une amélioration de la sensibilité jusqu’à cinq ordres de grandeur (100 000 fois) par rapport aux nanoparticules d’or (c’est-à-dire qu’un nombre beaucoup plus faible de nanoparticules était nécessaire pour générer un signal détectable). Grâce à l’inclusion d’une courte étape d’amplification à température constante de 10 minutes, au cours de laquelle des copies de l’ARN ont été multipliées, les chercheurs ont pu détecter l’ARN du VIH au niveau d’une seule molécule dans un échantillon modèle.

Le travail a été démontré en laboratoire mais l’équipe espère développer les tests afin que les résultats puissent être lus avec un smartphone ou un lecteur portable à fluorescence. Cela signifie que le test pourrait, à l’avenir, être effectué dans des environnements à faibles ressources, ce qui le rendrait plus accessible aux utilisateurs.

Le premier auteur, le Dr Ben Miller (associé de recherche postdoctorale i-sense au London Centre for Nanotechnology de l’UCL) a déclaré: «Les tests d’écoulement latéral sur papier avec des nanoparticules d’or ne nécessitent pas d’analyse en laboratoire, ce qui les rend particulièrement utiles dans les environnements à faibles ressources et où l’accès aux soins de santé est limité, ils sont peu coûteux, portables et faciles à utiliser.

“Cependant, ces tests manquent actuellement de sensibilité pour détecter de très faibles niveaux de biomarqueurs. En remplaçant les nanoparticules d’or couramment utilisées par des nanodiamants fluorescents dans cette nouvelle conception, et en modulant sélectivement leur émission de lumière (déjà brillante), nous avons pu séparer leurs signal provenant de la fluorescence de fond indésirable de la bandelette de test, améliorant considérablement la sensibilité. “

Le co-auteur, le professeur John Morton, directeur du Quantum Science and Technology Institute (UCLQ) de l’UCL, a déclaré: “Cette collaboration interdisciplinaire entre l’UCLQ et l’équipe i-sense du LCN est une illustration fantastique de la façon dont les travaux fondamentaux sur les systèmes quantiques, tels que Centre NV dans le diamant, peut évoluer à partir du laboratoire et jouer un rôle crucial dans les applications du monde réel en matière de détection et de diagnostic.Les chercheurs de l’UCLQ explorent et permettent l’impact de ces technologies et d’autres technologies quantiques en travaillant avec l’industrie et d’autres groupes de recherche universitaires. “

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