IBM a construit une langue robotique pour tester les produits chimiques dangereux


Surnommé Hypertaste, ce prototype permettra aux chercheurs d'effectuer des analyses chimiques chimiques complexes sur une variété de composés sans recourir à du matériel de laboratoire complexe. Les capteurs électrochimiques (nom original des langues électroniques) ont tendance à être légers et portables, mais uniquement étalonnés pour détecter un seul produit chimique ou des machines immenses (très coûteuses) fixes capables de détecter un large éventail de composants. L’Hypertaste agit toutefois dans l’espace qui les sépare.

Les premiers capteurs électrochimiques ont été et ont été construits pour détecter les gaz, en particulier les niveaux d'oxygène. Dans les années 1980, avec l’avènement de la puce de silicium, ces systèmes avaient été miniaturisés et adaptés à la détection de composés dans des liquides. Les glucomètres en sont un exemple.

Leur conception est assez simple. Il existe un élément de reconnaissance, généralement un (MIP), qui est un matériau synthétique parsemé de "sites de liaison de reconnaissance capables de se lier à une molécule d'intérêt ou à sa structure analogue à partir de matrices d'échantillons complexes".

Fondamentalement, des cellules, des anticorps et des enzymes. Lorsqu'une molécule se lie à l'un de ces sites, elle génère un signal électrique mesurable. Ce signal est ensuite transmis à un système d'analyse pour être interprété et identifié par les modifications de la magnitude électrique. Les capteurs électrochimiques peuvent détecter les changements du potentiel de membrane d'une cellule, ainsi que ses changements de conductance, d'impédance, de tension ou d'ampérage.

Alors que de nombreux capteurs électrochimiques portables sont configurés pour détecter une seule molécule, l’Hypertaste adopte une approche différente, reposant sur la détection combinatoire, un peu comme les papilles gustatives humaines. Cette méthode permet à l’Hypertaste "de reconnaître de nombreux types de liquides sans avoir à personnaliser le matériel en fonction de ce liquide", a déclaré le Dr Patrick Ruch, membre du personnel de recherche du département Science et Technologie chez IBM Research – Zurich.

Pour ce faire, l’Hypertaste utilise des capteurs électrochimiques constitués de paires d’électrodes. Chaque paire répond à une combinaison de molécules lorsque la tension traverse les électrodes. Le signal de tension global généré par le réseau de paires d'électrodes est "l'empreinte digitale" du liquide.

"Nous avons cette gamme de capteurs. Chacun des capteurs en lui-même n’est pas très précieux car il réagit à de nombreuses molécules en même temps", a poursuivi Ruch. "Ainsi, un capteur en soi est presque inutile. Mais la réponse combinée de tous les capteurs vous donne quelque chose comme une empreinte digitale du liquide particulier qui est celui dans lequel il est immergé."

Cette empreinte digitale est ensuite transférée du capteur lui-même vers un appareil mobile, qui transfère les informations à un serveur cloud, où un réseau de neurones les compare à une base de données de liquides connus. La correspondance la plus proche trouvée est ensuite affichée sur l'application mobile. La preuve de concept actuelle d'IBM prend moins d'une minute de la submersion initiale pour obtenir un résultat avec des certitudes au nord de 90%. De plus, former le capteur à la reconnaissance de quatre types d’eau minérale en bouteille, qui était à la base de la récente démonstration de l’équipe WCSJ, n’a pris qu’une demi-journée. Cela impliquait à peine plus que l'échantillonnage de chaque type de liquide plusieurs fois, puis l'introduction des données dans un système d'apprentissage automatique, qui extrapolait leurs caractéristiques pertinentes.

Ce qui est vraiment cool, c'est qu'une fois que le système est formé sur un nouveau liquide, tout capteur existant peut être facilement "recâblé" pour le détecter simplement en modifiant les paramètres du système d'apprentissage automatique. Alors que d'autres capteurs électrochimiques nécessitent que vous remplaciez physiquement l'élément de reconnaissance, l'Hypertaste nécessite simplement une mise à jour logicielle rapide. Les capteurs d'Hypertaste peuvent également fonctionner de concert, en partageant des informations sur les nouveaux liquides qu'ils rencontrent. Cette fonctionnalité, ainsi que les fonctions basées sur le cloud, nécessitent une connexion réseau ou de données, mais l'analyse elle-même peut être effectuée localement sur l'application mobile. Ainsi, quelle que soit la distance du site de travail, les chercheurs auront toujours accès à des résultats immédiats, a expliqué Ruch.

L'Hypertaste n'est pas la seule langue électronique en cours de développement. Palo Alto-basé a publié son biocapteur jetable, le, en 2017 pour un usage commercial. En 2016, une équipe de chimistes inorganiques de l’Université de Valladolid (Espagne) a mis au point un capteur similaire capable de fonctionner avec une précision de 100% et près d’une douzaine de fabricants ont adopté des robots de test de goût au cours de la même période pour garantir l’authenticité de leurs marchandises. "

Il existe de nombreuses applications commerciales pour les capteurs électrochimiques qui vont au-delà de la garantie que les produits ont le goût qui leur convient. Ruch indique l'industrie pharmaceutique où ces capteurs pourraient rechercher des médicaments contrefaits, même masqués par l'ajout d'analytes spécifiques utilisés pour tromper des tests moins sensibles, ainsi que pour accélérer les tests cliniques en "faisant correspondre les réponses individuelles des patients à un traitement avec informations sur leurs métabolomes personnels ", selon une récente. Cela s'applique également à des tâches plus banales telles que la sécurité alimentaire et la pureté de l'eau. L'Hypertaste pourrait même être utilisé dans les sciences de la vie pour, par exemple, générer un instantané de la santé d'une personne sur la base des métabolites présents dans ses urines. Malheureusement, IBM n’a pas encore de calendrier pour le moment où l’Hypertaste sera prêt à mouiller officiellement ses capteurs. Avant que cela ne se produise, IBM doit étendre sa base de données d'empreintes digitales à la fois en taille et en portée afin de prendre en compte un plus large éventail de composés chimiques identifiables.

Images: Recherche IBM