(PhysOrg.com) -- Les chercheurs du MIT ont créé un nouveau détecteur si sensible qu'il peut détecter une seule molécule d'un explosif tel que le TNT.

Pour créer les capteurs, ingénieurs chimistes dirigés par Michael Strano enrobés de nanotubes de carbone — creux, des cylindres d'un atome d'épaisseur en carbone pur - avec des fragments de protéines normalement présents dans le venin d'abeille. C'est la première fois que ces protéines réagissent aux explosifs, spécifiquement une classe connue sous le nom de composés nitro-aromatiques qui comprend le TNT.

S'il est développé en appareils commerciaux, de tels capteurs seraient beaucoup plus sensibles que les détecteurs d'explosifs existants - couramment utilisés dans les aéroports, par exemple, qui utilisent la spectrométrie pour analyser les particules chargées lorsqu'elles se déplacent dans l'air.

« Les spectromètres à mobilité ionique sont largement déployés car ils sont peu coûteux et très fiables. Cependant, cette prochaine génération de nanocapteurs peut améliorer cela en ayant la limite de détection ultime, [détecter] des molécules uniques d'explosifs à température ambiante et pression atmosphérique, " dit Strano, Charles (1951) et Hilda Roddey, professeur agrégé de développement de carrière en génie chimique.

Un ancien étudiant diplômé du laboratoire de Strano, Daniel Heller (maintenant Damon Runyon Fellow à l'Institut David H. Koch du MIT pour la recherche intégrative sur le cancer), est l'auteur principal d'un article décrivant la technologie dans le Actes de l'Académie nationale des sciences . Le journal paraît en ligne cette semaine.

Strano a déposé un brevet sur la technologie, qui utilise des fragments de protéines appelés bombolitines. "Les scientifiques ont étudié ces peptides, mais pour autant que nous le sachions, il n'a jamais été démontré qu'ils ont une affinité pour les molécules explosives et qu'ils les reconnaissent de quelque manière que ce soit, " il dit.

Dans les années récentes, Le laboratoire de Strano a développé des capteurs à nanotubes de carbone pour une variété de molécules, dont l'oxyde nitrique, le peroxyde d'hydrogène et des agents toxiques tels que le gaz neurotoxique sarin. De tels capteurs profitent de la fluorescence naturelle des nanotubes de carbone, en les couplant à une molécule qui se lie à une cible spécifique. Lorsque la cible est liée, la fluorescence des tubes s'éclaircit ou s'atténue.

Le nouveau capteur d'explosifs fonctionne d'une manière légèrement différente. Lorsque la cible se lie aux protéines de venin d'abeille recouvrant les nanotubes, il décale la longueur d'onde de la lumière fluorescente, au lieu de changer son intensité. Les chercheurs ont construit un nouveau type de microscope pour lire le signal, qui ne se voit pas à l'œil nu. Ce type de capteur, le premier du genre, est plus facile à travailler car il n'est pas influencé par la lumière ambiante.

"Pour un capteur fluorescent, l'utilisation de l'intensité de la lumière fluorescente pour lire le signal est plus sujette aux erreurs et plus bruyante que la mesure d'une longueur d'onde, " dit Strano.

Chaque combinaison nanotube-peptide réagit différemment aux différents composés nitro-aromatiques. En utilisant plusieurs nanotubes différents enrobés de bombolitines différentes, les chercheurs peuvent identifier une "empreinte digitale" unique pour chaque explosif qu'ils pourraient vouloir détecter. Les nanotubes peuvent également détecter les produits de dégradation de tels explosifs.

"Les composés tels que le TNT se décomposent dans l'environnement, créer d'autres types de molécules, et ces dérivés pourraient également être identifiés avec ce type de capteur, " dit Strano. " Parce que les molécules dans l'environnement se transforment constamment en d'autres produits chimiques, nous avons besoin de plateformes de capteurs capables de détecter l'ensemble du réseau et des classes de produits chimiques, au lieu d'un seul type."

Les chercheurs ont également montré que les nanotubes peuvent détecter deux pesticides qui sont également des composés nitro-aromatiques, ce qui les rend potentiellement utiles comme capteurs environnementaux. La recherche a été financée par l'Institute for Soldier Nanotechnologies du MIT.

Philippe Collins, professeur de physique à l'Université de Californie à Irvine, affirme que la nouvelle approche est une nouvelle extension des travaux antérieurs de Strano sur les capteurs à nanotubes de carbone. "C'est bien ce qu'ils ont fait - ils ont combiné deux ou trois choses différentes qui ne sont pas sensibles aux explosifs, et montré que la combinaison est sensible, " dit Collins, qui n'a pas participé à cette recherche.

La technologie a déjà suscité un intérêt commercial et militaire, dit Strano. Pour que le capteur devienne pratique pour une utilisation généralisée, il devrait être couplé à un concentrateur disponible dans le commerce qui mettrait en contact les molécules flottant dans l'air avec les nanotubes de carbone.

"Cela ne signifie pas que nous sommes prêts à les mettre dans un métro et à détecter les explosifs immédiatement. Mais cela signifie que maintenant le capteur lui-même n'est plus le goulot d'étranglement, " dit Strano. " S'il y a une molécule dans un échantillon, et si vous pouvez l'amener au capteur, vous pouvez maintenant le détecter et le quantifier."