Les toiles d’araignée couvertes de rosée que vous voyez dans votre jardin pourraient bientôt devenir une plateforme de détection des virus en suspension dans l’air.
C’est l’objectif de Jiangtao Cheng, professeur associé au Département de génie mécanique, qui a reçu une subvention internationale de la Fondation des sciences binational États-Unis-Israël (BSF) pour développer une technologie bio-inspirée pouvant servir de système d’alerte précoce pour les agents pathogènes tels que la COVID.
Les gouttelettes comme capteurs
Jiangtao Cheng a développé un vaste portefeuille de recherches en combinant des fluides à l’échelle microscopique et nanoscopique avec des technologies optiques telles que les lasers. Parmi les projets passés figurent la combinaison de gouttelettes de fluide et de lasers pour identifier rapidement la COVID-19 et de nouvelles méthodes de création de dispositifs optiques avancés.
Après plus de deux décennies d’étude des comportements des fluides à la plus petite échelle, Jiangtao Cheng a vu des opportunités uniques d’exploiter les propriétés des fluides.
Les gouttelettes de liquide sont à la fois sphériques et collantes, et elles réfractent et piègent la lumière. Il y a quelques années, son équipe a publié des résultats sur l’exploitation potentielle de ces trois propriétés pour transformer une simple gouttelette d’eau en biocapteur.
Détection sur les toiles d’araignée
Comment cette méthode peut-elle être déployée sur une grande surface pour des applications réelles ? Étant donné que les gouttelettes d’eau sont petites, il est très difficile de collecter des données à partir de chacune d’entre elles. Déployer un laser par gouttelette, même dans un petit espace, nécessiterait un réseau massif de lasers, soutenu par une quantité incroyable d’énergie et de coûts. L’équipe devait développer une méthode utilisant un seul laser pour recevoir suffisamment de données à partir d’un réseau de gouttelettes.
En s’inspirant de la nature, l’équipe de Jiangtao Cheng a utilisé les gouttelettes de rosée naturellement condensées sur les toiles d’araignée. Non seulement les toiles d’araignée embrumées sont belles, mais elles possèdent également des propriétés scientifiques uniques. Leur soie est un excellent support pour les faisceaux optiques utilisés par l’équipe de Cheng, et la structure en réseau interconnecté sert de réseau prêt à l’emploi pour transporter les données d’information d’un laser et maintenir les gouttelettes de rosée sur la toile pour capturer les analytes en suspension dans l’air.
Toiles bio-inspirées avec impression 3D
L’équipe de Cheng a plusieurs objectifs avec le financement fourni par la BSF. Le premier objectif est d’imprimer en 3D des toiles.
La toile d’araignée bio-inspirée de Cheng est fabriquée à partir d’une combinaison de matériaux organiques et synthétiques. Pour créer une toile douce et flexible, l’équipe utilise un fluide encapsulé dans une coque en polymère. La coque maintient la forme de la toile et maintient les gouttelettes d’eau en place, tandis que le fluide est durci avec de la lumière ultraviolette pour rendre la toile stable et flexible.
Les deux matériaux sont d’excellents conducteurs optiques, ce qui équivaut à un environnement d’ingénierie durable pour la détection.
En synthèse
Les capteurs de toiles d’araignée pourraient devenir un outil essentiel pour la protection de l’environnement, la surveillance des maladies infectieuses, la science médico-légale et la sécurité mondiale. Chaque capteur de toile d’araignée déployé peut fournir des informations en temps réel sur la santé et la sécurité de tous. L’équipe de chercheurs est impatiente de voir comment cela fonctionnera une fois déployé.
Pour une meilleure compréhension
1. Comment fonctionne la détection des virus à l’aide de gouttelettes d’eau ?
Les gouttelettes d’eau sont sphériques et collantes, et elles réfractent et piègent la lumière. En dirigeant un laser dans la gouttelette, l’équipe de chercheurs peut déterminer les particules présentes dans la gouttelette et ainsi identifier les virus ou bactéries.
2. Pourquoi utiliser des toiles d’araignée pour la détection ?
Les toiles d’araignée sont un excellent support pour les faisceaux optiques et leur structure en réseau interconnecté sert de réseau prêt à l’emploi pour transporter les données d’information d’un laser et maintenir les gouttelettes de rosée sur la toile pour capturer les analytes en suspension dans l’air.
3. Comment sont fabriquées les toiles d’araignée bio-inspirées ?
Les toiles d’araignée bio-inspirées sont fabriquées à partir d’une combinaison de matériaux organiques et synthétiques. L’équipe utilise un fluide encapsulé dans une coque en polymère pour créer une toile douce et flexible. La coque maintient la forme de la toile et maintient les gouttelettes d’eau en place, tandis que le fluide est durci avec de la lumière ultraviolette pour rendre la toile stable et flexible.
4. Quels sont les objectifs de l’équipe de chercheurs avec le financement de la BSF ?
Le premier objectif est d’imprimer en 3D des toiles d’araignée. L’équipe travaille également sur la création d’une application pour smartphone qui permettra de recevoir les résultats de la détection et de déployer des alertes sur un réseau de sécurité.
5. Quelles sont les applications potentielles de cette technologie ?
Les capteurs de toiles d’araignée pourraient devenir un outil essentiel pour la protection de l’environnement, la surveillance des maladies infectieuses, la science médico-légale et la sécurité mondiale.
Légende illustration principale : «Une toile d’araignée est recouverte de microgouttelettes d’eau.» – Credit: Ray Meese
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