Utilisant les caractéristiques optiques démontrées pour la première fois par les anciens Romains, des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont créé un roman, outil ultra-sensible pour produit chimique, ADN, et l'analyse des protéines.

"Avec cet appareil, la détection par spectroscopie nanoplasmonique, pour la première fois, devient détection colorimétrique, ne nécessitant que des yeux nus ou une photographie couleur visible ordinaire, " a expliqué Logan Liu, professeur adjoint de génie électrique et informatique et de bio-ingénierie à l'Illinois. "Il peut être utilisé pour l'imagerie chimique, imagerie biomoléculaire, et l'intégration à des dispositifs microfluidiques portables pour les applications de laboratoire sur puce. Les résultats de son équipe de recherche ont été présentés dans l'article de couverture de l'édition inaugurale de Matériaux optiques avancés (section optique de Matériaux avancés ).

La coupe de Lycurgue a été créée par les Romains en 400 après JC. Faite d'un verre dichroïque, la fameuse tasse présente des couleurs différentes selon que la lumière la traverse ou non; rouge lorsqu'il est éclairé par l'arrière et vert lorsqu'il est éclairé par l'avant. Il est également à l'origine de l'inspiration de toutes les recherches contemporaines en nanoplasmonique, l'étude des phénomènes optiques au voisinage nanométrique des surfaces métalliques.

"Cet effet dichroïque a été obtenu en incluant de minuscules proportions de poussière d'or et d'argent finement broyées dans le verre, " Liu a ajouté. " Dans nos recherches, nous avons créé une matrice à haute densité de grande surface d'une coupe de Lycurgus à l'échelle nanométrique en utilisant un substrat en plastique transparent pour réaliser une détection colorimétrique. Le capteur se compose d'environ un milliard de nano cups dans un réseau avec une ouverture sous la longueur d'onde et décoré de nanoparticules métalliques sur les parois latérales, ayant une forme et des propriétés similaires à celles des coupes de Lycurgue exposées dans un musée britannique. Liu et son équipe ont été particulièrement enthousiasmés par les caractéristiques extraordinaires du matériau, offrant une sensibilité 100 fois supérieure à celle de tout autre dispositif nanoplasmonique rapporté.

Les techniques colorimétriques sont principalement attractives en raison de leur faible coût, utilisation de matériel peu coûteux, exigence de moins de matériel de transduction de signal, et par dessus tout, fournir des résultats simples à comprendre. Le capteur colorimétrique peut être utilisé à la fois pour l'identification analytique qualitative ainsi que pour l'analyse quantitative. La conception actuelle permettra également le développement de nouvelles technologies dans le domaine des puces à ADN/protéines.

"Notre capteur colorimétrique sans étiquette élimine le besoin de marquage par fluorescence problématique des molécules d'ADN/protéines, et l'hybridation de la sonde et de la molécule cible est détectée à partir du changement de couleur du capteur, " a déclaré Manas Gartia, premier auteur de l'article, "Colorimétrie :imagerie par résonance plasmonique colorimétrique à l'aide de réseaux de nano-lycurgus Cup." « Notre capteur actuel ne nécessite qu'une source lumineuse et une caméra pour compléter le processus de détection de l'ADN. Cela ouvre la possibilité de développer un coût abordable, détecteur de puces à ADN simple et sensible basé sur un téléphone portable dans un avenir proche. En raison de son faible coût, simplicité dans la conception, et haute sensibilité, nous envisageons une large utilisation du dispositif pour les puces à ADN, criblage d'anticorps thérapeutiques pour la découverte de médicaments, et la détection des agents pathogènes dans les milieux pauvres en ressources. »

Gartia a expliqué que l'interaction lumière-matière utilisant des réseaux de trous de longueur d'onde inférieure donne lieu à des phénomènes optiques intéressants tels que la transmission optique améliorée (EOT) à médiation par les polaritons de plasmons de surface (SPP). En cas d'EOT, une quantité de lumière supérieure à la quantité attendue peut être transmise à travers des nanotrous sur des films minces métalliques autrement opaques. Étant donné que le film métallique mince a une propriété optique spéciale appelée résonance plasmonique de surface (SPR) qui est affectée par une infime quantité de matériaux environnants, un tel dispositif a été utilisé comme applications de biodétection.

Selon les chercheurs, la plupart des études précédentes se sont principalement concentrées sur la manipulation de structures EOT bidimensionnelles (2D) dans le plan telles que le réglage du diamètre du trou, forme, ou la distance entre les trous. En outre, la plupart des études précédentes ne concernent que les trous droits. Ici, l'EOT est médiatisé principalement par les SPP, ce qui limite la sensibilité et la figure de mérite pouvant être obtenues à partir de tels dispositifs.

"Notre conception actuelle utilise une structure plasmonique de réseau de trous périodiques coniques sous-longueur d'onde 3D. Contrairement à l'EOT à médiation SPP, la structure proposée repose sur un EOT médié par un plasmon de surface localisé (LSP), " a déclaré Gartia. " L'avantage des LSP est que la transmission améliorée à différentes longueurs d'onde et avec différentes propriétés de dispersion peut être réglée en contrôlant la taille, forme, et les matériaux des trous 3D. La géométrie conique canalisera et focalisera adiabatiquement les photons sur la structure plasmonique sous-longueur d'onde au fond, conduisant à un champ électrique local important et à une amélioration de l'EOT.

"Deuxièmement, la résonance localisée prise en charge par la structure plasmonique 3D permettra un réglage à large bande de la transmission optique en contrôlant la forme, Taille, et la période des trous ainsi que la forme, Taille, et période de particules métalliques décorées sur les parois latérales. En d'autres termes, nous aurons plus de contrôle sur le réglage des longueurs d'onde de résonance du capteur."