Une image au microscope à force atomique d'un nanopore de 100 nm dans le silicium. Le vert est la molécule d'intérêt dans l'échantillon qui passera à travers le nanopore en laboratoire.
(Phys.org) -- Une équipe multidisciplinaire de l'Université du Texas à Arlington a reçu 360 $, 000 000 de la National Science Foundation pour construire des nanopores artificiels en silicium qui peuvent détecter les «mauvaises molécules» comme une indication très précoce du cancer et d'autres maladies.
Samir Iqbal, un professeur adjoint de génie électrique qui se concentre sur la nanotechnologie, dirige le projet. Il travaille avec Purnendu « Sandy » Dasgupta, le professeur Jenkins Garrett de chimie et de biochimie, et Richard Timmons, un professeur distingué de chimie.
Les nanopores sont de minuscules ouvertures d'environ 1, 000 fois plus petit qu'un pore humain sur la peau ou un cheveu humain, fabriqués dans des puces de silicium très minces. Les puces de silicium sont le même matériau dans les processeurs informatiques et les mémoires.
L'équipe d'Iqbal analysera des échantillons de sang humain à travers ces nanopores créés artificiellement dans une puce de silicium et enregistrera comment la composition peut changer en fonction de la maladie.
Les chercheurs mesureront la réaction entre les ions du sang et les nanopores et compareront les données avec d'autres nanopores non réactifs, qui déterminera les niveaux anormaux de produits chimiques particuliers qui indiquent si une maladie est présente au niveau moléculaire.
« Nous connaissons de nombreuses variantes de certains produits chimiques comme les énantiomères, ou les quantités anormales de certains produits chimiques comme le cholestérol. Ces produits chimiques nous indiquent si quelqu'un est sujet à certaines maladies, », a déclaré Iqbal. « Désormais, nous serons en mesure de détecter ces variantes à des quantités extrêmement faibles et dans un format de système portable. Nous pourrons détecter même quelques centaines de copies de mauvaises molécules pour identifier les risques de maladies comme le cancer. C'est très, détection très précoce.
Une image au microscope à force atomique d'un nanopore de 100 nm à droite. Le croquis montre des molécules dans un échantillon traversant un nanopore artificiel.
Les énantiomères sont des isomères ou des composés optiques à image miroir ayant la même formule moléculaire mais des formes structurelles différentes telles qu'une paire de mains humaines. Ce sont des images miroir l'une de l'autre mais non superposables.
Un autre exemple est la thalidomide, un médicament introduit à la fin des années 1950 pour traiter les nausées matinales chez les femmes enceintes. Un énantiomère du médicament s'est avéré être un bon sédatif pour les nausées matinales. L'image miroir de cet énantiomère, présent dans la formulation du médicament, cependant, causé des malformations congénitales, entraînant le retrait du médicament du marché.
Grâce à la nouvelle recherche, Iqbal et ses collègues seraient en mesure de déterminer des différences similaires au niveau moléculaire, avant que les mauvaises variantes des nouvelles molécules ne provoquent des effets dévastateurs.
Avec l'aide des nanopores, les chercheurs pourront identifier à quoi ressemble le cancer au niveau moléculaire. C'est là que réside l'expertise des deux chimistes de l'UT Arlington, dit Iqbal.
Timmons possède une expertise dans l'insertion de produits chimiques dans les nanopores. L'expertise de Dasgupta réside dans la détection de produits chimiques à l'état de traces.
« C'est passionnant de pouvoir disposer d'une petite plate-forme largement applicable qui sera utilisable dans une variété de domaines, », a déclaré Dasgupta.
Les membres de l'équipe ont déclaré que des applications croisées pour la technologie existent également. Par exemple, la détection de la technologie des nanopores pourrait être appliquée pour évaluer la qualité de l'air ou de l'eau.
« Encore une fois, plus tôt nous savons si une source d'eau ou d'air est polluée, mieux ce sera pour les gens qui y habiteront, », a déclaré Iqbal.
Carolyn Cason, vice-président par intérim de l'UT Arlington pour la recherche, a déclaré qu'une telle recherche collaborative fait avancer la mission de l'Université.
« Cela dit à tout le monde ici que nous pouvons utiliser les ressources à notre disposition pour résoudre des problèmes de santé réels, ", a déclaré Cason. "Cette recherche a des conséquences sur la santé qui peuvent être ressenties dans l'ensemble de l'industrie."
