La SERS, ou spectroscopie Raman améliorée en surface, est une méthode de détection indirecte de la présence d'un produit chimique à l'aide d'une lumière laser et d'un capteur spécialisé. La maille dorée offre une surface idéale pour prendre des mesures car elle n'interfère pas avec la substance à mesurer. Crédit :Goda et al.
Les chercheurs ont créé un capteur ultrafin spécial, filé à partir d'or, qui peut être fixé directement sur la peau sans irritation ni inconfort. Le capteur peut mesurer différents biomarqueurs ou substances pour effectuer une analyse chimique sur le corps. Il fonctionne en utilisant une technique appelée spectroscopie Raman, où la lumière laser dirigée vers le capteur est légèrement modifiée en fonction des produits chimiques présents sur la peau à ce moment-là. Le capteur peut être réglé avec précision pour être extrêmement sensible et suffisamment robuste pour une utilisation pratique.
La technologie portable n'a rien de nouveau. Peut-être que vous ou quelqu'un que vous connaissez portez une montre connectée. Beaucoup d'entre eux peuvent surveiller certains problèmes de santé tels que la fréquence cardiaque, mais à l'heure actuelle, ils ne peuvent pas mesurer les signatures chimiques qui pourraient être utiles pour le diagnostic médical. Les montres connectées ou les moniteurs médicaux plus spécialisés sont également relativement encombrants et souvent assez coûteux. Incitée par de telles lacunes, une équipe composée de chercheurs du Département de chimie de l'Université de Tokyo a cherché une nouvelle façon de détecter divers problèmes de santé et problèmes environnementaux de manière non invasive et rentable.
"Il y a quelques années, je suis tombé sur une méthode fascinante de production de composants électroniques extensibles robustes d'un autre groupe de recherche de l'Université de Tokyo", a déclaré Limei Liu, chercheur invité au moment de l'étude et actuellement chargé de cours à l'Université de Yangzhou en Chine. "Ces appareils sont fabriqués à partir de fils ultrafins recouverts d'or, ils peuvent donc être attachés à la peau sans problème car l'or ne réagit pas avec la peau et ne l'irrite en aucune façon. En tant que capteurs, ils se limitaient cependant à détecter les mouvements, et nous cherchions pour quelque chose qui pourrait détecter les signatures chimiques, les biomarqueurs et les médicaments. Nous nous sommes donc appuyés sur cette idée et avons créé un capteur non invasif qui a dépassé nos attentes et nous a inspirés à explorer des moyens d'améliorer encore plus sa fonctionnalité."
Le nanomesh d'or à différents grossissements. Les fibres individuelles ont environ un cinq centième de l'épaisseur d'un cheveu humain. Crédit :Goda et al.
Le composant principal du capteur est la fine maille d'or, car l'or n'est pas réactif, ce qui signifie que lorsqu'il entre en contact avec une substance que l'équipe souhaite mesurer - par exemple un biomarqueur potentiel de maladie présent dans la sueur - il ne modifie pas chimiquement cette substance . Mais au lieu de cela, comme la maille d'or est si fine, elle peut fournir une surface étonnamment grande à laquelle ce biomarqueur peut se lier, et c'est là qu'interviennent les autres composants du capteur.
Lorsqu'un laser de faible puissance est pointé sur la maille d'or, une partie de la lumière laser est absorbée et une autre est réfléchie. De la lumière réfléchie, la plupart a la même énergie que la lumière entrante. Cependant, une partie de la lumière entrante perd de l'énergie au profit du biomarqueur ou d'une autre substance mesurable, et l'écart d'énergie entre la lumière réfléchie et la lumière incidente est propre à la substance en question. Un capteur appelé spectromètre peut utiliser cette empreinte énergétique unique pour identifier la substance. Cette méthode d'identification chimique est connue sous le nom de spectroscopie Raman.
"Actuellement, nos capteurs doivent être finement réglés pour détecter des substances spécifiques, et nous souhaitons pousser encore plus loin la sensibilité et la spécificité à l'avenir", a déclaré le professeur adjoint Tinghui Xiao. "Avec cela, nous pensons que des applications telles que la surveillance de la glycémie, idéale pour les personnes atteintes de diabète, ou même la détection de virus, pourraient être possibles."
"Il est également possible que le capteur fonctionne avec d'autres méthodes d'analyse chimique en plus de la spectroscopie Raman, comme l'analyse électrochimique, mais toutes ces idées nécessitent beaucoup plus d'investigations", a déclaré le professeur Keisuke Goda. "Dans tous les cas, j'espère que cette recherche pourra déboucher sur une nouvelle génération de biocapteurs à faible coût qui pourront révolutionner la surveillance de la santé et réduire le fardeau financier des soins de santé."
Bien que très fin, le capteur nanomesh doré est très résistant et peut être étiré et déformé sans se casser. Par conséquent, il peut être collé sur de nombreux types de surfaces différentes, pas seulement sur la peau humaine, à des fins de détection différentes. Crédit :Goda et al.
