Un capteur qui s'appuie sur la lumière réfléchie pour analyser des échantillons biomédicaux et chimiques a désormais une plus grande sensibilité, grâce à un tapis de nanoparticules d'or. Xia Yu de l'Institut de technologie de fabrication A*STAR de Singapour, avec ses étudiants et collègues, a déterminé la taille idéale de nanoparticule pour améliorer les capteurs à résonance plasmonique de surface (SPR).

De tels capteurs contiennent un prisme dont une face est recouverte d'une fine couche d'or. Lorsque la lumière laser brille à travers le prisme, il reflète principalement l'or dans un détecteur. Cependant, si la lumière frappe l'or à un angle particulier, certains d'entre eux se couplent avec des électrons dans le métal pour produire des ondes électromagnétiques appelées polaritons de plasmons de surface. Un couplage plus fort conduit à moins de lumière réfléchie vers le détecteur.

Lorsqu'un échantillon liquide traverse le film d'or, il modifie l'indice de réfraction dans cette région et modifie légèrement l'angle auquel la lumière arrive au métal. Cela entrave la formation de polaritons, ce qui signifie qu'une plus grande partie de la lumière est réfléchie vers le détecteur. La variation de l'angle du faisceau laser et le contrôle de l'intensité de la lumière réfléchie révèlent la composition des échantillons circulant sur la surface métallique.

D'autres chercheurs ont montré que les nanoparticules d'or peuvent améliorer la réactivité du capteur. La lumière entrante déclenche des résonances plasmoniques localisées autour des nanoparticules qui se couplent à la surface du capteur, ce qui provoque des changements plus importants dans l'intensité de la lumière réfléchie. Cela rend l'appareil plus sensible à l'angle d'arrivée de la lumière et donc capable de détecter des concentrations plus faibles des produits chimiques testés.

L'équipe de Yu a calculé les réponses optiques de quatre nanoparticules d'or différentes, dont le diamètre varie de 40 à 80 nanomètres, déterminant qu'elles seraient plus efficaces lorsqu'elles seraient maintenues à environ 5 nanomètres au-dessus de la surface de l'or. Les chercheurs ont ensuite monté les différentes nanoparticules sur des films d'or à l'aide d'une molécule contenant du soufre appelée dithiothréitol, qui a fourni l'écart optimal de 5 nanomètres.

Les calculs de l'équipe avaient suggéré que le champ électrique des polaritons de plasmon de surface serait des centaines de fois plus important lorsque des particules de 40 nanomètres étaient ajoutées à la surface. "Plus le champ électrique est fort, plus les capteurs sont sensibles, " dit Yu. Des tests utilisant différentes concentrations de solutions de glycérine et de formamide ont confirmé que les particules de 40 nanomètres offraient la plus grande augmentation de sensibilité. " La limite de détection est d'au moins trois ordres de grandeur plus élevée que les capteurs SPR commerciaux actuels, " dit Yu.

Yu espère maintenant appliquer cette découverte à des capteurs ultrasensibles capables de détecter des traces de biomarqueurs du cancer.