La détection de petites quantités de molécules est importante pour une myriade d'applications, allant de la détection de gaz aux diagnostics biomédicaux. La majorité de ces applications nécessitent que les capteurs soient bon marché et jetables, suffisamment sensible pour détecter des molécules jusqu'au niveau d'une seule molécule. Ping Bai et ses collègues de l'A*STAR Institute of High Performance Computing et de l'Institute of Materials Research and Engineering ont maintenant étudié les propriétés de films métalliques minces avec des trous qui sont particulièrement prometteurs pour la détection moléculaire.

Les films minces métalliques contenant des trous de la taille du nanomètre sont connus pour transmettre très efficacement la lumière de longueurs d'onde particulières. L'efficacité provient des polaritons de plasmon de surface (SPP) - les mouvements collectifs d'électrons sur la surface du métal - qui sont capables de focaliser la lumière en de minuscules points beaucoup plus petits que la longueur d'onde de la lumière utilisée (voir image).

Ces SPP peuvent être utilisés pour détecter les molécules grâce à la fluorescence des molécules traceuses qui leur sont attachées. Cette fluorescence est également fortement renforcée par le SPP et peut être facilement détectée au microscope même pour de petites quantités de molécules. « L'ensemble de la configuration est ultra-compact pour prendre en charge un système de détection au point de service, », explique Bai.

Bai et ses collègues ont étudié deux dispositifs de détection. Dans le premier arrangement, la lumière est dirigée vers un film avec des nanotrous à un angle oblique du même côté que l'échantillon. Dans la deuxième disposition, le film est éclairé par l'arrière de sorte que la lumière traverse d'abord les trous. Les chercheurs ont découvert que chaque régime a ses propres avantages.

Dans le schéma « réflexion », l'effet SPP est plus fort car la lumière est directement dirigée vers l'échantillon et n'a pas à traverser le film métallique. Cependant, un film plus épais est nécessaire pour que la lumière ne passe pas. Dans le schéma "transmission", l'intensité de la lumière émise par les molécules est plus faible, mais l'avantage c'est que des filtres et autres capteurs peuvent éventuellement être inclus avec le film métallique, et l'épaisseur du film peut être beaucoup plus mince.

"Il n'y a donc aucun avantage clair pour les deux modes de détection de tels films, " dit Bai. "Une chose qui ressort clairement de l'étude, cependant, sont les avantages évidents de l'utilisation de films métalliques avec des nanotrous comme plate-forme de détection moléculaire, " dit Bai.

« Ce n'est qu'un aperçu de l'ensemble de notre projet. Finalement, notre technologie de détection sera utilisée dans les hôpitaux et les centres de test, par exemple, dans le dépistage du cancer de la prostate, ou même utilisé à la maison tout comme les kits de test de glucose, », ajoute Bai.