Nébulisation acoustique et spectrométrie de masse à nano-résonateurs opto-mécaniques pour l’analyse rapide de particules virales. – AERONEMS

Les virus sont des entités biologiques minimalistes qui infectent toutes formes de vie. On les trouve dans des échantillons très variés et leur petite taille (< 400 nm) les rend particulièrement insaisissables. La détection de virus dans l’environnement ou dans des prélèvements biologiques est une nécessité pour évaluer les menaces sanitaires, mieux comprendre les mécanismes de transmission, et prendre les décisions adéquates en termes de protection. La confirmation de la présence d’un virus se base le plus souvent sur la PCR ou les immuno-essais, qui permettent de corroborer la présence de gènes ou de protéines du virus. Ces méthodes sont très sensibles, mais longues à mettre en œuvre, et elles ne permettent pas de différencier des particules virales infectieuses de fragments de virus inoffensifs.
Les particules virales résultent de processus d’auto-assemblages régulés générant des particules de composition moléculaire définie. Par conséquent, la masse moléculaire d’un virus constitue un attribut spécifique. Cependant, la caractérisation de la masse d’entités tels que les virus, composés de plusieurs millions d’atomes est un défi analytique insurmontable pour la spectrométrie de masse (MS) conventionnelle. Au CEA Grenoble (France), nous avons récemment fait la preuve de concept d’un nouveau spectromètre de masse à nano-résonateurs électromécaniques (NEMS-MS) [Dominguez-Medina et al. Science, 2018] ; et de ses capacités pour la caractérisation de capsides virales de plus de 100 MDa. Bien que cette technologie soit très prometteuse pour la détection de virus, des limitations en termes de sensibilité et de débit d’analyse ne permettent pas encore la détection de virus dans un échantillon biologique (<107 particules/ml) et dans un temps adéquat (minutes).
Dans AERONEMS, nous proposons de surmonter les limites de la technologies NEMS-MS afin de permettre l’analyse de particules virales 300 fois plus rapide et sensible. A cet effet, nous explorerons des approches basées sur les ondes acoustiques de surface pour générer un aérosol viral contrôlé et multiplier l’efficacité d’échantillonnage des particules virales par 20. En outre, une technologie de détection révolutionnaire sera développée, grâce à des réseaux de 100 résonateurs optomécaniques multiplexés pour la détection de masse monomode simultanée, multipliant par 15 l’efficacité de capture des particules comparé aux résonateurs actuels.
Pour atteindre ses objectifs, AERONEMS s'appuiera sur l'expertise combinée de spécialistes renommés en acoustofluidique de l'IFW (Dresde, Allemagne), de leaders reconnus en recherche fondamentale et en ingénierie des résonateurs optomécaniques au LETI (CEA Grenoble, France), et d'une équipe établie d’analyse biologiques par MS à IRIG (CEA Grenoble, France). Ils auront accès à des installations de pointe à IFW, à la seule plate-forme optomécanique VLSI du monde disponible au LETI, et à un démonstrateur de nanorésonateur MS unique développé à l'IRIG.
En apportant des solutions aux limites associées à la génération et la capture de particules, et en changeant le paradigme de détection, AERONEMS permettra d’établir le premier système MS optomécanique capable de peser des particules virales individuelles en quelques minutes, fournissant aux virologues, épidémiologistes et décideurs un nouvel outil de détection virale en temps réel.