Une équipe de recherche internationale dirigée par le physicien quantique Markus Arndt (Université de Vienne) a réalisé une percée dans la détection des ions protéines :en raison de leur haute sensibilité énergétique, les détecteurs à nanofils supraconducteurs atteignent une efficacité quantique de près de 100 % et dépassent l'efficacité de détection des ions conventionnels. détecteurs à basses énergies par un facteur allant jusqu'à 1 000.
Contrairement aux détecteurs classiques, ils peuvent également distinguer les macromolécules grâce à leur énergie d'impact. Cela permet une détection plus sensible des protéines et fournit des informations supplémentaires en spectrométrie de masse. Les résultats de cette étude ont été récemment publiés dans la revue Science Advances .
La détection, l'identification et l'analyse de macromolécules sont intéressantes dans de nombreux domaines des sciences de la vie, notamment la recherche, le diagnostic et l'analyse des protéines. La spectrométrie de masse est souvent utilisée comme système de détection, une méthode qui sépare généralement les particules chargées (ions) en fonction de leur rapport masse/charge et mesure l'intensité des signaux générés par un détecteur. Cela fournit des informations sur l'abondance relative des différents types d'ions et donc sur la composition de l'échantillon.
Cependant, les détecteurs conventionnels n'ont pu atteindre une efficacité de détection et une résolution spatiale élevées que pour les particules à forte énergie d'impact, une limitation qui a maintenant été surmontée par une équipe internationale de chercheurs utilisant des détecteurs à nanofils supraconducteurs.
Dans la présente étude, un consortium européen coordonné par l'Université de Vienne, avec des partenaires à Delft (Single Quantum), Lausanne (EPFL), Almere (MSVision) et Bâle (Université), démontre pour la première fois l'utilisation de nanofils supraconducteurs comme d'excellents détecteurs pour les faisceaux de protéines dans la spectrométrie de masse dite quadripolaire. Les ions de l'échantillon à analyser sont introduits dans un spectromètre de masse quadripolaire où ils sont filtrés.
"Si nous utilisons désormais des nanofils supraconducteurs au lieu des détecteurs conventionnels, nous pouvons même identifier les particules qui frappent le détecteur avec une faible énergie cinétique", explique Markus Arndt, chef de projet du groupe de nanophysique quantique de la faculté de physique de l'université de Vienne. Ceci est rendu possible par une propriété matérielle particulière (supraconductivité) des détecteurs à nanofils.
La clé de cette méthode de détection réside dans le fait que les nanofils entrent dans un état supraconducteur à très basse température, dans lequel ils perdent leur résistance électrique et permettent une circulation de courant sans perte. L'excitation des nanofils supraconducteurs par les ions entrants provoque un retour à l'état conducteur normal (transition quantique). Le changement des propriétés électriques des nanofils au cours de cette transition est interprété comme un signal de détection.
"Avec les détecteurs à nanofils que nous utilisons", explique le premier auteur Marcel Strauß, "nous exploitons la transition quantique de l'état supraconducteur à l'état conducteur normal et pouvons ainsi surpasser les détecteurs d'ions conventionnels jusqu'à trois ordres de grandeur."
En effet, les détecteurs à nanofils ont un rendement quantique remarquable à des énergies d'impact exceptionnellement faibles et redéfinissent les possibilités des détecteurs conventionnels :« De plus, un spectromètre de masse adapté avec un tel capteur quantique peut non seulement distinguer les molécules en fonction de leur état de masse à charger, mais aussi les classer également en fonction de leur énergie cinétique. Cela améliore la détection et offre la possibilité d'avoir une meilleure résolution spatiale", explique Marcel Strauß.
Les détecteurs à nanofils peuvent trouver de nouvelles applications en spectrométrie de masse, en spectroscopie moléculaire, en déflectométrie moléculaire ou en interférométrie quantique de molécules, où une efficacité élevée et une bonne résolution sont requises, en particulier à faible énergie d'impact.
Plus d'informations : Marcel Strauß et al, Détection hautement sensible d'une molécule unique de faisceaux d'ions de macromolécules, Science Advances (2023). DOI :10.1126/sciadv.adj2801
Informations sur le journal : Progrès scientifiques
Fourni par l'Université de Vienne
