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Un capteur imprimé en 3D détecte l’exposition à un herbicide potentiellement cancérigène

Rédigé par Dvd3d

Des ingénieurs de la Washington State University (WSU) et de DL ADV-Tech ont utilisé l’impression 3D pour développer un moyen de détecter l’exposition à l’herbicide potentiellement cancérigène glyphosate.

Composé d’une série de nanotubes recouverts de capteurs imprimés en 3D, le kit de test utilise une technologie similaire à celle trouvée dans les glucomètres diabétiques, mais il déploie des courants pour évaluer les niveaux de glyphosate à la place. Étant donné que la réaction provoquée par l’appareil de l’équipe est artificielle et non organique, ils disent qu’il est peu coûteux et ne nécessite pas de stockage spécial, ce qui en fait un outil idéal pour mesurer l’exposition aux produits chimiques nocifs.

« Nous avons commencé à développer ce capteur pour la surveillance de la santé, mais il peut également être utilisé pour la sécurité alimentaire et la surveillance environnementale », a déclaré Yuehe Lin, auteur de l’étude et professeur à la WSU’s School of Mechanical and Materials Engineering. « Nous l’avons conçu pour être portable et avons utilisé l’impression 3D pour le rendre petit et compact, afin qu’il puisse être utilisé n’importe où, en laboratoire ou sur le terrain.

Les capteurs imprimés en 3D de l'équipe WSU en cours de test.
Le capteur des ingénieurs est conçu pour détecter les traces d’herbicides dans les aliments et les boissons. Image via l’Université d’État de Washington.

Le glyphosate : un produit chimique controversé

Largement déployé pour contrôler la croissance des mauvaises herbes, le glyphosate est un herbicide à base d’acide phosphonique qui agit en inhibant les enzymes de croissance des plantes et tue efficacement toutes les espèces à feuilles larges à proximité. Enregistré comme pesticide aux États-Unis depuis 1974, le produit chimique est largement utilisé dans le monde entier, mais l’Agence américaine de protection de l’environnement (ECA) a également constaté qu’il endommage son environnement.

En fait, des études de l’EPA ont montré que le glyphosate présente un risque potentiel pour les oiseaux sur terre ou dans l’eau, et que des traces peuvent être détectées dans certains aliments, bien qu’il n’est pas prouvé qu’il soit nocif. L’agence maintient que tant que les produits respectent certaines limites, ils sont sans danger pour la consommation, et contrairement aux rapports et décisions largement répandus, elle affirme que le glyphosate n’est « pas susceptible de provoquer le cancer chez l’homme ».

Cependant, alors que la décision de l’EPA est soutenue par l’Autorité européenne de sécurité des aliments et l’Organisation mondiale de la santé, le Centre international de recherche sur le cancer affirme que le produit chimique est « probablement cancérogène pour l’homme ». En conséquence, le Vietnam, l’Allemagne et les Pays-Bas ont tous annoncé des interdictions d’herbicides à base de glyphosate, certains pays les supprimant progressivement et d’autres interdisant complètement leur vente privée.

Professeur WSU Yuehe Lin.
Le professeur de la WSU, Yuehe Lin, a déclaré que la portabilité du capteur lui permet d’être déployé «n’importe où». Photo prise par l’Université d’État de Washington.

Un capteur « bio-imitant »

Compte tenu des risques potentiels associés à l’exposition au glyphosate, l’équipe du WSU a entrepris de mesurer sa concentration dans certains aliments, dans le cadre d’un projet soutenu par les National Institutes of Health. En particulier, les ingénieurs ont cherché à développer un moyen de test chimique qui ne nécessite pas l’utilisation de spectromètres coûteux ou d’anticorps biologiques qui nécessitent un stockage soigneux pour éviter la dégradation.

Pour ce faire, les chercheurs ont construit un kit de test composé de nanotubes de polymère incrustés de minuscules trous, capables de lier les molécules de glyphosate d’une manière qui imite les anticorps biologiques. Afin de donner à ces nanostructures une fonctionnalité de détection, elles ont ensuite été recouvertes de capteurs imprimés qui utilisent des courants électriques pour mesurer le glyphosate et s’assurer qu’il reste à des niveaux sûrs.

En mettant leurs appareils à l’épreuve, les ingénieurs les ont finalement exposés à du jus d’orange et des plats de riz « dopés » avec du glyphosate, pour voir avec quelle précision ils pouvaient détecter la quantité de produit chimique. À leur grand plaisir, l’équipe a découvert que leur capteur avait la capacité d’identifier l’herbicide avec une sensibilité et une spécificité élevées. Ainsi, à l’avenir, ils ont l’intention de le tester sur des échantillons humains, pour aller au fond de la toxicité du glyphosate.

« Pour la prochaine étape, nous voulons utiliser le capteur pour détecter le glyphosate dans certains échantillons humains tels que le sang, la salive ou l’urine », a déclaré Shichao Ding, doctorant WSU dans le laboratoire de Lin et premier auteur de l’article. « Nous continuerons également à développer de nouveaux nanomatériaux pour améliorer ses performances de détection. »

L'image présentée montre l'un des dispositifs microfluidiques imprimés en 3D des chercheurs.  Photo via l'UMN.
Les progrès de l’impression 3D permettent de plus en plus la production de nouveaux capteurs de santé microfluidiques. Photo via l’UMN.

Moniteurs de santé d’impression 3D

Au cours de la dernière année environ, des progrès importants ont été réalisés dans la R&D de capteurs biologiques imprimés en 3D, qui permettent aux utilisateurs de détecter et de prévenir certains problèmes de santé. À l’Université Clarkson, les scientifiques ont imprimé en 3D des biocapteurs qui peuvent être appliqués directement sur la peau, pour alerter les porteurs d’une surexposition potentielle au soleil.

Ailleurs aux États-Unis, des chercheurs ont adopté la technologie d’impression par jet d’aérosol (AJP) d’Optomec pour produire des capteurs de toxicité alimentaire à base de graphène. Les appareils améliorés par impression 3D seraient capables de détecter les histamines (ou allergènes) et les toxines dans les aliments beaucoup plus rapidement que ne le permettent les tests de laboratoire standard.

Dans des applications militaires plus expérimentales, le CCDC Soldier Center est également en train de développer des capteurs biologiques pour soldats, qui pourraient être capables de suivre physiologiquement les troupes. Dans la pratique, les détecteurs peuvent également être utilisés pour sensibiliser les soldats aux menaces situationnelles, en détectant les dangers aériens tels que les toxines ou les bactéries militarisées.

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L’image présentée montre les capteurs imprimés en 3D des ingénieurs en cours de test. Image via l’Université d’État de Washington.



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