Un dessin schématique du biocapteur, qui se compose de nanofils ordonnés au-dessus d'une membrane de silicium-dioxyde de silicium. Image :Yuerui Lu
(PhysOrg.com) -- Un rapide, un test peu coûteux et très sensible qui identifie des marqueurs de maladie ou d'autres molécules dans des solutions à faible concentration pourrait être le résultat d'un biocapteur nanomécanique développé par Cornell, qui pourraient potentiellement aider à la détection précoce de la maladie.
Le biocapteur, basé sur un réseau de nanofils à cristal photonique, a été développé par Yuerui Lu, un étudiant diplômé du laboratoire d'Amit Lal, professeur de génie électrique et informatique. Leur recherche a été publiée en ligne le 6 décembre dans la revue Communications naturelles.
Le fonctionnement du capteur a été confirmé en collaboration avec Dan Luo, professeur de génie biologique et environnemental, et son étudiant diplômé Songming Peng.
Le dispositif expérimental est un résonateur mécanique de 50 microns de diamètre constitué d'une fine membrane silicium-dioxyde de silicium à nanofils verticaux étroitement emballés sur le dessus. La conception permet d'obtenir un rapport surface/volume élevé pour la détection de biomolécules, ce qui signifie qu'il peut détecter des molécules à des concentrations très faibles, jusqu'à femtomolaires. Le capteur pourrait être utile, par exemple, pour ne trouver que quelques molécules dans un verre d'eau.
Le capteur fonctionne en attachant des molécules d'ADN de sonde simple brin sur les nanofils. Lorsque ces molécules entrent en contact avec un ADN simple brin cible, les molécules concernées se lient entre elles, changer la masse détectée par l'appareil. Le changement de masse provoque un changement de la fréquence de résonance du dispositif.
Un dessin de la façon dont l'ADN simple brin est immobilisé et hybride sur le capteur. Image :Yuerui Lu
Un faisceau laser est projeté sur l'appareil, et la conception innovante des nanofils permet une absorption de plus de 90 pour cent de la lumière, résultant en une excitation opto-thermo-mécanique efficace du résonateur. Une lecture optique du changement de fréquence de résonance peut être effectuée à distance, rapidement et sans fils électriques, rendre l'appareil pratique et peu coûteux à fabriquer, les chercheurs ont dit.
Lal a déclaré qu'il imaginait que les médecins pourraient utiliser un tel appareil en analyse clinique, par exemple, dans les tests ADN. Typiquement aujourd'hui, L'ADN du sang prélevé est comparé à une séquence standard.
Le nouveau dispositif pourrait à la place être codé avec des séquences d'ADN particulières pertinentes, et ces molécules spécifiques pourraient être détectées à un stade précoce lorsque les concentrations sont faibles.
"Vous pourriez avoir une cartouche avec un réseau de capteurs à membrane, et vous pourriez rapidement scanner pour voir quelle imperfection d'ADN vous pourriez avoir, ", a-t-il déclaré. "Les tests d'aujourd'hui prennent du temps et coûtent cher."
De tels capteurs pourraient également être utiles pour des applications environnementales, comme la surveillance de la qualité de l'eau. Les chercheurs espèrent améliorer leur appareil en le rendant sensible à certaines molécules protéiques, qui sont plus délicates car elles ne se lient pas aussi spécifiquement que les molécules d'ADN.
