Avec rien de plus qu'une puce photonique et un appareil photo ordinaire, Des chercheurs de l'EPFL sont parvenus à compter une à une les biomolécules dans un petit échantillon et à déterminer leur position. Leur minuscule appareil - un mariage d'optique et d'analyse d'image intelligente - est même capable de détecter une feuille de graphène d'un seul atome d'épaisseur. Ce type de capteur pourrait un jour jouer un rôle clé dans la médecine personnalisée. Crédit :Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
Dans un avenir pas si lointain, les gens peuvent avoir un appareil simple qui surveille et rapporte des indicateurs de santé, identifie même des traces de biomarqueurs indésirables dans le sang ou la salive et sert de système d'alerte précoce pour les maladies. C'est une des promesses de la médecine personnalisée.
Une telle révolution technologique pourrait être un pas de plus grâce à un outil puissant développé par des chercheurs du laboratoire BioNanoPhotonic Systems (BIOS) de l'EPFL. Il se compose d'un ultra-mince, puce optique miniaturisée couplée à une caméra CMOS standard et alimentée par analyse d'image, qui compte les biomolécules individuellement dans un échantillon et détermine leur emplacement. Leurs recherches ont été publiées dans Photonique de la nature .
Un capteur très puissant
Cette technologie est basée sur les métasurfaces, un développement récent dans le domaine de la photonique. Les métasurfaces sont des feuilles de matériaux artificiels recouvertes de millions d'éléments nanométriques disposés de manière spéciale. A une certaine fréquence, ces éléments sont capables de presser la lumière dans des volumes extrêmement petits, créant des points chauds optiques ultrasensibles.
Lorsque la lumière brille sur la métasurface et frappe une molécule à l'un de ces points chauds, la molécule est détectée immédiatement. En réalité, la molécule se trahit en changeant la longueur d'onde de la lumière qui la frappe.
Scanner des molécules et prendre leur photo
En projetant des lumières colorées de différentes couleurs sur la métasurface et en prenant une photo à chaque fois avec une caméra CMOS, les chercheurs sont capables de compter le nombre de molécules dans un échantillon et d'apprendre exactement ce qui se passe sur la puce du capteur. « Nous utilisons ensuite des outils de science des données intelligents pour analyser les millions de pixels CMOS obtenus grâce à ce processus et identifier les tendances, " dit Filiz Yesilkoy, le premier auteur de l'article. « Nous avons démontré que nous pouvons détecter et imager non seulement des biomolécules individuelles aux points chauds, mais même une seule feuille de graphène qui n'a qu'un atome d'épaisseur."
En poussant leur travail un peu plus loin, les chercheurs ont développé une deuxième version de leur système, avec des métasurfaces programmées pour résonner à différentes longueurs d'onde dans différentes régions. "Cette technique est plus simple, mais il est aussi moins précis dans la localisation des molécules, " dit Eduardo R. Arvelo, l'un des co-auteurs de l'article.
Hatice Altug, qui dirige le labo BIOS et dirige le projet à la School of Engineering, voit un immense potentiel dans le domaine de l'optique. "La lumière possède de nombreux attributs - tels que l'intensité, phase et polarisation - et est capable de traverser l'espace. Cela signifie que les capteurs optiques pourraient jouer un rôle majeur pour relever les défis futurs, en particulier dans le domaine de la médecine personnalisée."
