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Comment transformer un smartphone en spectrophotomètre

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Médecins et chercheurs pourraient bientôt se servir de leurs smartphones, transformés en spectrophotomètres à haute résolution, pour détecter sur le terrain des menaces bactériologiques. Le professeur Brian Cunningham, chef de ce projet de l'université de l'Illinois, a répondu aux questions de Futura-Sciences.

Une fois que la longueur d’onde de la lumière réfléchie est mesurée par le capteur photo de l’iPhone, l’application génère un spectre. La chute que l’on observe dans les deux courbes correspond à la variation de longueur d’onde, ce qui permet d’évaluer la quantité de molécules présentes dans l’échantillon. © Université de l’Illinois

On l'entend souvent dire, les smartphones affichent des performances qui n'ont rien à envier à celles d'un ordinateur de bureau. Ajoutons à cela des appareils photo dont la qualité ne cesse de s'améliorer, et l'on obtient un outil qui pourrait révolutionner certaines pratiques scientifiques.

C'est le cas avec l'innovation proposée par un groupe d'étudiants chercheurs de l'université de l’Illinois d'Urbana Champaign. Ils ont créé un accessoire et une application qui transforment un iPhone en spectrophotomètre haute résolution. Cet engin aurait la capacité de réaliser les principaux tests pratiqués en biochimie et biologie moléculaire, pour détecter les toxines, la présence de pathogènes et d'allergènes. Un système qui permettrait de pratiquer sur le terrain des mesures qui nécessitent en principe une analyse en laboratoire. Il serait ainsi possible de repérer rapidement, et à peu de frais, une contamination de l'eau, des sols, de la nourriture ou de dépister certains virus. Un outil qui s'avérerait très utile dans les pays en développement.

Un spectrophotomètre de poche à seulement 200 dollars

Le système se présente sous la forme d'une station d'accueil, dans laquelle on place l'iPhone, maintenu à une certaine inclinaison afin d'exploiter son capteur photo. À l'intérieur du dispositif, se trouve une combinaison de lentilles et de filtres optiques. Il y a notamment un cristal photonique qui ne réfléchit qu'une seule longueur d'onde de la lumière, tandis que le reste du spectre passe à travers. Si un élément biologique (protéine, cellule, ADN, pathogène) est présenté sous le cristal photonique, celui-ci en produira un spectre.

La station d’accueil pour iPhone conçue par l’équipe de l’université de l’Illinois se compose d’une série de lentilles et de filtres optiques. Elle maintient le smartphone sous un certain angle afin d’exploiter les capacités de son capteur photo. Pour réaliser une analyse, on insère la lame microscopique dans la fente prévue à cet effet. Depuis l’iPhone, on lance l’application dédiée qui active le capteur photo. C’est en mesurant le degré de changement dans la longueur d'onde réfléchie par le cristal photonique se trouvant dans la station d’accueil, que l’application peut produire un spectre. © Université de l’Illinois

Pour effectuer une analyse, on glisse la lame de microscope enduite d'un matériau photonique dans la station d'accueil. La prise de mesure se pilote à partir de l'application qui déclenche le capteur photo. La longueur d'onde qui est réfléchie se matérialise sous la forme d'un espace noir dans le spectre. En mesurant le degré de changement dans la longueur d'onde réfléchie, l'application peut évaluer la quantité de molécules dans l'échantillon.

Il ne faut que quelques minutes pour réaliser un test complet. La station d'accueil qui ne coûte que 200 dollars (environ 155 euros) est, selon ses concepteurs, aussi efficace qu'un spectrophotomètre à 50.000 dollars (près de 39.000 euros) utilisé en laboratoire.

Bientôt une version pour Android

« Beaucoup de conditions médicales pourraient être suivies de manière peu invasive et peu onéreuse en se servant de plateformes mobiles telles que les téléphones », a expliqué à Futura-Sciences le professeur Brian Cunningham, chef du département d'ingénierie électrique et informatique (ECE Illinois). Ce chercheur nous a précisé que le travail de développement se poursuit, avec plusieurs objectifs.

Il s'agit en premier lieu de développer un test pour les carences en vitamine A et D dont peuvent souffrir les enfants et les femmes enceintes. Les chercheurs veulent également couvrir plusieurs catégories d'analyses biologiques, comme la détection de séquence ADN pour les bactéries pathogènes, la détection de toxines présentes dans les céréales récoltées, ou encore le dépistage VIH.

« Nous développons aussi une nouvelle station d'accueil pour les smartphones Android, ainsi qu'une nouvelle cartouche [pour la lame microscopique, NDLR] afin de faciliter les expérimentations », précise le professeur Cunningham. Il poursuit en nous annonçant qu'il est en pourparlers avec des investisseurs et des entreprises intéressés par la commercialisation de cette technologie. « Nous espérons pouvoir développer un produit dans l'année qui vient », conclut-il.

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