Il s'est avéré que des capteurs - imprimés avec des imprimantes à jet d'aérosol à haute résolution sur un film polymère flexible et réglés pour tester l'histamine, un allergène et un indicateur du poisson et de la viande altérés – ils peuvent détecter l'histamine jusqu'à 3,41 parties par million.
La Food and Drug Administration des États-Unis a fixé des directives sur l’histamine à 50 parties par million de poissons (selon l’Anses, des teneurs en histamine inférieures à 50 mg/kg sont sans effet toxique.), ce qui rend les capteurs plus que suffisamment sensibles pour suivre la fraîcheur et la sécurité sanitaire des aliments.
La technologie des capteurs est rendue possible par le graphène, un supermatériau qui est un nid d'abeilles en carbone avec juste un atome d'épaisseur et connu pour sa résistance, sa conductivité électrique, sa flexibilité et sa biocompatibilité. Rendre le graphène pratique sur un capteur jetable de sécurité des aliments est une technologie d'impression à jet d'aérosols à faible coût qui est suffisamment précise pour créer les électrodes haute résolution nécessaires aux capteurs électrochimiques pour détecter de petites molécules telles que l'histamine.
«Cette fine résolution est importante», a dit Jonathan Claussen, professeur de génie mécanique à l'Iowa State University et l'un des chefs de file du projet de recherche. « Plus nous pouvons imprimer ces doigts d'électrode de près, en général, plus la sensibilité de ces biocapteurs est élevée. »
Claussen et les autres chefs de projet - Carmen Gomes, professeur de
génie mécanique à la State University de l'Iowa et Mark
Hersam, professeur Walter P. Murphy de science et d'ingénierie
des matériaux à la Northwestern University d'Evanston, Illinois,
ont récemment rapporté la découverte de leurs capteurs dans un
article publié en ligne, Aerosol-jet-printed graphene
electrochemical histamine sensors for food safety monitoring, par la
revue 2D
Materials. La National Science Foundation, le ministère américain de l'agriculture, l’Air Force Research Laboratory et le National Institute of Standards and Technology ont soutenu le projet.
L'article décrit comment des électrodes de graphène ont été imprimées par jet d'aérosol sur un polymère flexible, puis converties en capteurs d'histamine en liant chimiquement les anticorps histaminiques au graphène. Les anticorps se lient spécifiquement aux molécules d'histamine.
L'histamine bloque le transfert d'électrons et augmente la résistance électrique, a déclaré Gomes. Ce changement de résistance peut être mesuré et enregistré par le capteur.
« Ce capteur d'histamine n'est pas seulement valable pour les poissons », a déclaré Gomes. « Les bactéries présentes dans les aliments produisent de l'histamine. Cela peut donc être un bon indicateur de la durée de conservation des aliments. »
Les chercheurs pensent que le concept fonctionnera également pour détecter d'autres types de molécules.
« Au-delà de l'étude du cas de l'histamine présentée ici, le (impression par jet d'aérosols) et le processus de fonctionnalisation peuvent probablement être généralisés à un large éventail d'applications de détection, y compris la détection de toxines environnementales, la détection de pathogènes d'origine alimentaire, la surveillance de la santé portable et les diagnostics de santé », ont-ils écrit dans leur article.
Par exemple, en commutant les anticorps liés aux capteurs imprimés, ils pourraient détecter des bactéries comme Salmonella, ou des cancers ou des maladies animales telles que la grippe aviaire, ont écrit les chercheurs.
Claussen, Hersam et d'autres collaborateurs ont démontré une application plus large de la technologie en modifiant les capteurs imprimés par jet d'aérosol pour détecter les cytokines, ou marqueurs de l'inflammation. Les capteurs, comme indiqué dans un récent article publié par ACS Applied Materials & Interfaces, peuvent surveiller la fonction du système immunitaire chez les bovins et détecter la paratuberculose mortelle et contagieuse à un stade précoce.
Claussen, qui travaille avec le graphène imprimé depuis des années, a déclaré que les capteurs ont une autre caractéristique qui les rend très utiles: ils ne coûtent pas beaucoup d'argent et peuvent être mis à l'échelle pour une production en série.
« Tout capteur d’aliment doit être vraiment bon marché », a dit Gomes. « Vous devez tester de nombreux échantillons d'aliments et vous ne pouvez pas ajouter beaucoup de coût. »
Claussen et Gomes savent quelque chose sur l'industrie alimentaire et comment elle teste la sécurité des aliments. Claussen est directeur scientifique et Gomes est directeur de recherche pour NanoSpy Inc., une start-up basée dans le parc de recherche de l'Université d'État de l'Iowa qui vend des biocapteurs à des entreprises de transformation alimentaire.
Ils ont déclaré que la société était en train d'octroyer une licence pour cette nouvelle technologie de capteur d'histamine et de cytokines.
Après tout, c'est ce qu'ils recherchent dans un capteur commercial. « Ceci », a déclaré Claussen, « est une plate-forme de biocapteurs bon marché et évolutive. »
