Grâce à un nouvel appareil de la taille d'un cheveu humain, il est désormais possible de détecter des molécules dans une solution liquide et d'observer leurs interactions. Ceci est d'un intérêt majeur pour la communauté scientifique, car il n'existe actuellement aucun moyen fiable d'examiner à la fois le comportement et la structure chimique des molécules dans un liquide en temps réel.

Développé à l'Université de Boston par Hatice Altug et son étudiant Ronen Adato, le procédé associe des techniques de détection infrarouge et des nanoparticules d'or. Cela pourrait potentiellement rendre possible une toute nouvelle classe de mesures, ce qui serait une étape critique dans la compréhension des fonctions biologiques de base ainsi que des aspects clés de la progression de la maladie et du traitement. "Notre technologie pourrait s'avérer utile pour étudier le comportement des protéines, des médicaments et des cellules dans le sang ou des polluants dans l'eau", dit Hatice Altug.

Aujourd'hui chercheuse à l'EPFL, Dr. Altug a vu ses résultats publiés dans Communication Nature .

Comme une corde de guitare

Le dispositif est basé sur une technique de détection bien connue appelée spectroscopie d'absorption infrarouge. La lumière infrarouge peut déjà être utilisée pour détecter des éléments :le faisceau excite les molécules, qui se mettent à vibrer de différentes manières selon leur taille, composition et autres propriétés. "C'est comme une corde de guitare qui vibre différemment selon sa longueur, " explique Hatice Altug. La vibration unique de chaque type de molécule agit comme une signature pour cette molécule.

Cette technique fonctionne très bien en milieu sec mais pas du tout en milieu aqueux. "Il faut qu'un grand nombre de molécules soient présentes pour qu'elles soient détectées. C'est aussi plus difficile de détecter des molécules dans l'eau, comme lorsque le faisceau traverse la solution, les molécules d'eau vibrent également et interfèrent avec la signature de la molécule cible, " explique le Dr Altug.

Utiliser des nanoparticules pour capturer et illuminer des molécules

Pour contourner ces obstacles, les chercheurs ont développé un système capable d'isoler les molécules cibles et d'éliminer les interférences.

La taille d'un sou, le dispositif est constitué de chambres fluidiques miniatures, qui sont recouverts d'un côté de particules d'or à l'échelle nanométrique aux propriétés surprenantes. "Nous recouvrons la surface des nanoparticules avec, par exemple, anticorps, afin d'y faire adhérer une protéine ou un produit chimique spécifique, " explique le chercheur. " Une fois la solution contenant les éléments ciblés introduite dans la chambre, les nanoparticules agissent comme des capteurs de molécules. » Cette technique permet d'isoler les molécules cibles du reste du liquide.

Mais ce n'est pas le seul rôle que jouent les nanoparticules. Ils sont également capables de concentrer la lumière dans des volumes de taille nanométrique autour de leur surface en raison de la résonance plasmonique.

Dans la chambre, le faisceau n'a pas besoin de traverser toute la solution. Au lieu, il est envoyé directement à la nanoparticule, qui concentre la lumière. Pris au piège, les molécules cibles sont les seules à être aussi intensément exposées aux photons.

La réaction entre les molécules et les photons infrarouges est extrêmement forte, ce qui signifie qu'ils peuvent être détectés et observés très précisément. « Cette technique nous permet d'observer in-situ des molécules réagissant avec des éléments de leur environnement naturel. Cela pourrait s'avérer extrêmement utile pour la médecine et la biologie, " déclare le Dr Altug.

Utilisation en recherche médicale

Un autre avantage est que la puce est extrêmement compacte et peut être connectée à des microscopes déjà utilisés. « Nous n'avons pas besoin de grands échantillons pour effectuer nos analyses, " dit Ronen Adato.

Aller de l'avant, Hatice Altug entend poursuivre ses recherches en se concentrant sur les applications médicales. Les premiers tests ont été menés avec des molécules d'anticorps ordinaires, et les analyses doivent maintenant être affinées. "J'aimerais vraiment travailler avec d'autres chercheurs en sciences de la vie, hôpitaux et biologistes. Je suis particulièrement intéressé par l'utilisation de ma méthode dans l'étude des maladies, y compris le cancer et les troubles neurologiques, d'observer l'effet de certains médicaments sur les cellules malades ou de détecter des biomarqueurs de maladies, par exemple."