Détecteur de PFAS : levure et IA pour l'eau potable
La contamination des ressources en eau par les substances per- et polyfluoroalkyliques, communément appelées produits chimiques éternels ou PFAS, constitue un défi sanitaire majeur. Présents dans plus de 90 pour cent des citoyens américains, ces composés sont associés à diverses pathologies, dont certains cancers, des troubles du développement et un affaiblissement du système immunitaire. Avec la mise en œuvre de nouvelles réglementations de l'EPA exigeant des tests fréquents, les réseaux d'eau municipaux doivent faire face à des méthodes d'analyse coûteuses et lentes, qui reposent principalement sur des spectromètres de masse en laboratoire et peuvent retarder les résultats de plusieurs semaines. Pour répondre à cette urgence opérationnelle, une équipe de chercheurs de l'Université Columbia et de la Ville de New York a mis au point un dispositif de détection biohybride capable de mesurer les concentrations de PFAS en temps réel. Dirigée par la professeure Virginia Cornish, en collaboration avec Alex Rosenthal, Mohammed AlQuraishi et Ken Shepard, l'initiative combine biologie synthétique, intelligence artificielle et microélectronique. Le principe repose sur la modification génétique de la levure Saccharomyces cerevisiae, un organisme couramment utilisé en brasserie et en boulangerie. Les chercheurs y ont intégré des récepteurs synthétiques conçus pour cibler spécifiquement les PFAS. Lorsqu'un récepteur se lie à une molécule cible, une protéine fluorescente insérée simultanément dans la cellule émet une lueur verte, dont l'intensité est proportionnelle à la concentration du polluant. Grâce à un outil d'intelligence artificielle développé par le laboratoire AlQuraishi, la conception de ces récepteurs, qui nécessitait plusieurs années de travail expérimental, est désormais réduite à quelques semaines, ouvrant la voie à la détection rapide de multiples composés. Une fois ces levures modifiées et lyophilisées, elles sont fixées sur une bandelette semblable à du papier indicateur de pH. Cette bandelette est ensuite couplée à une puce à semi-conducteurs CMOS, initialement conçue pour des interfaces cerveau-machine. Ces capteurs optoélectroniques mesurent la fluorescence, la convertissent en données numériques et transmettent instantanément la concentration en PFAS à un lecteur portable sans fil. L'utilisateur n'a plus qu'à immerger la bandelette dans un échantillon d'eau pour obtenir un résultat immédiat. Cette approche promet de révolutionner la gestion de la qualité de l'eau. En permettant un suivi continu des installations de traitement et en indiquant précisément le moment optimal pour le remplacement des filtres, elle offre une alternative radicale aux analyses en laboratoire. Selon les estimations des chercheurs, le coût des bandelettes jetables et des lecteurs portables sera nettement inférieur aux méthodes traditionnelles, permettant aux réseaux d'eau publics de réaliser des économies de plusieurs centaines de milliers de dollars par an. Au-delà de la détection des PFAS, cette technologie biohybride pourrait être adaptée au contrôle d'autres contaminants environnementaux, voire à des applications diagnostiques dans le secteur de la santé. Les équipes poursuivent actuellement l'optimisation du cycle de conception et de validation pour les composés PFOA et PFOS, les premiers prototypes étant destinés à un déploiement progressif dans les systèmes municipaux.
