Chaque interféromètre plasmonique - des milliers par millimètre carré - est constitué d'une fente flanquée de deux rainures gravées dans un film de métal argenté. Le schéma montre des molécules de glucose « dansant » sur la surface du capteur éclairée par une lumière de différentes couleurs. Les changements d'intensité lumineuse transmis à travers la fente de chaque interféromètre plasmonique fournissent des informations sur la concentration des molécules de glucose en solution. Crédit :Domenico Pacifici, Université brune
Pour les 26 millions d'Américains atteints de diabète, la prise de sang est le moyen le plus courant de vérifier les niveaux de glucose. Il est invasif et au moins peu douloureux. Des chercheurs de l'Université Brown travaillent sur un nouveau capteur capable de vérifier la glycémie en mesurant à la place les concentrations de glucose dans la salive.
La technique tire parti d'une convergence de la nanotechnologie et de la plasmonique de surface, qui explore l'interaction des électrons et des photons (lumière). Les ingénieurs de Brown ont gravé des milliers d'interféromètres plasmoniques sur une biopuce de la taille d'un ongle et mesuré la concentration de molécules de glucose dans l'eau sur la puce. Leurs résultats ont montré que la biopuce spécialement conçue pouvait détecter des niveaux de glucose similaires à ceux trouvés dans la salive humaine. Le glucose dans la salive humaine est généralement environ 100 fois moins concentré que dans le sang.
"C'est une preuve de concept que les interféromètres plasmoniques peuvent être utilisés pour détecter des molécules à de faibles concentrations, en utilisant une empreinte dix fois plus petite qu'un cheveu humain, " a déclaré Domenico Pacifici, professeur adjoint d'ingénierie et auteur principal de l'article publié dans Lettres nano , un journal de l'American Chemical Society.
La technique peut être utilisée pour détecter d'autres produits chimiques ou substances, de l'anthrax aux composés biologiques, Pacifici a dit, "et de les détecter tous à la fois, en parallèle, en utilisant la même puce."
Pour créer le capteur, les chercheurs ont creusé une fente d'environ 100 nanomètres de large et gravé deux rainures de 200 nanomètres de chaque côté de la fente. La fente capture les photons entrants et les confine. Les rainures, pendant ce temps, disperser les photons entrants, qui interagissent avec les électrons libres qui rebondissent sur la surface métallique du capteur. Ces interactions électron-photon libres créent un polariton de plasmon de surface, une onde spéciale avec une longueur d'onde qui est plus étroite qu'un photon dans l'espace libre. Ces ondes plasmoniques de surface se déplacent le long de la surface du capteur jusqu'à ce qu'elles rencontrent les photons dans la fente, un peu comme deux vagues océaniques venant de directions différentes et entrant en collision l'une avec l'autre. Cette « interférence » entre les deux ondes détermine les maxima et minima de l'intensité lumineuse transmise à travers la fente. La présence d'un analyte (le produit chimique mesuré) sur la surface du capteur génère un changement dans la différence de phase relative entre les deux ondes plasmoniques de surface, qui à son tour provoque un changement d'intensité lumineuse, mesurés par les chercheurs en temps réel.
"La fente agit comme un mélangeur pour les trois faisceaux - la lumière incidente et les ondes plasmoniques de surface, ", a déclaré Pacifici.
Les ingénieurs ont appris qu'ils pouvaient faire varier le déphasage d'un interféromètre en modifiant la distance entre les rainures et la fente, ce qui signifie qu'ils pourraient régler les interférences générées par les ondes. Les chercheurs pourraient régler les milliers d'interféromètres pour établir des lignes de base, qui pourrait ensuite être utilisé pour mesurer avec précision des concentrations de glucose dans l'eau aussi faibles que 0,36 milligramme par décilitre.
« Il pourrait être possible d'utiliser ces biopuces pour effectuer le criblage de plusieurs biomarqueurs pour des patients individuels, tout à la fois et en parallèle, avec une sensibilité sans précédent, ", a déclaré Pacifici.
Les ingénieurs prévoient ensuite de construire des capteurs adaptés au glucose et à d'autres substances afin de tester davantage les appareils. « L'approche proposée permettra une détection à très haut débit d'analytes pertinents sur le plan environnemental et biologique dans une conception extrêmement compacte. Nous pouvons le faire avec une sensibilité qui rivalise avec les technologies modernes, ", a déclaré Pacifici.
Tayhas Palmore, professeur d'ingénierie, est un auteur contributeur sur le papier. Les étudiants diplômés Jing Feng (ingénierie) et Vince Siu (biologie), qui a conçu les canaux microfluidiques et réalisé les expériences, sont répertoriés comme les deux premiers auteurs de l'article. Parmi les autres auteurs figurent Steve Rhieu, étudiant diplômé en ingénierie de Brown et Vihang Mehta, étudiants de premier cycle, Alec Roelke.
