Des chercheurs de l'Université hébraïque de Jérusalem ont créé un système de puce nanophotonique utilisant des lasers et des bactéries pour observer la fluorescence émise par une seule cellule bactérienne. Pour fixer les bactéries en place et acheminer la lumière vers les cellules bactériennes individuelles, ils ont utilisé des guides d'ondes plasmoniques en forme de rainure en V, de minuscules tiges recouvertes d'aluminium de quelques dizaines de nanomètres de diamètre. Le nouveau système, décrit dans la revue Nano Letters, ouvre la voie à un système sur puce efficace et portable pour diverses applications de détection cellulaire, comme la détection de produits chimiques en temps réel.

Le domaine des dispositifs photoniques sur puce pour les applications de détection biologique et chimique présente de nombreuses alternatives puissantes aux techniques analytiques conventionnelles pour des applications allant du "laboratoire sur puce" à la surveillance environnementale. Cependant, ces schémas de détection reposent principalement sur la détection hors puce et nécessitent un appareil encombrant, même en ne mesurant que des cellules individuelles.

L'équipe de l'Université hébraïque a cherché des moyens d'intégrer tous les composants du système, y compris les sources lumineuses et les détecteurs, sur puce à l'échelle nanométrique. Cela se traduirait par un système de laboratoire sur puce qui est petit, portable et peut effectuer une détection en temps réel.

Pour y parvenir, ils ont modifié par génie moléculaire des bactéries vivantes qui émettent un signal fluorescent en présence de composés cibles. Ils ont associé ces puces à un guide d'ondes nanométrique, qui n'a pas seulement servi à guider la lumière, mais a également permis le piégeage mécanique de bactéries individuelles dans la rainure en V.

Dans trois conditions d'éclairage différentes, ils ont démontré expérimentalement l'interrogation d'une cellule bactérienne d'Escherichia coli à l'aide d'un guide d'ondes plasmonique à rainure en V à l'échelle nanométrique. D'abord, ils ont mesuré la lumière émise par une bactérie circulant au-dessus du nanocoupleur dans un environnement liquide en permettant à la fluorescence de la bactérie d'être couplée directement dans le guide d'ondes à travers le nanocoupleur. Prochain, une bactérie a été piégée mécaniquement dans le guide d'ondes à rainure en V et a été excitée par laser directement soit par le haut, soit à travers le nanocoupleur. Dans tous les cas, une fluorescence significative a été collectée du nanocoupleur de sortie dans le détecteur.