Les nanocristaux super-sensibles permettent à la fibre optique microstructurée de détecter et de suivre à distance le mouvement d'un seul nanocristal. Crédit :Dr Mathieu Juan
Des chercheurs ont fait une découverte révolutionnaire en identifiant la nanoparticule la plus sensible au monde et en la mesurant à distance à l'aide de la lumière. Ces super lumineux, les nanocristaux photostables et sans arrière-plan permettent une nouvelle approche des technologies de détection très avancées utilisant des fibres optiques.
Cette découverte, par une équipe de chercheurs de l'Université Macquarie, l'Université d'Adélaïde, et l'Université de Pékin, ouvre la voie à une localisation et une mesure rapides des cellules dans un milieu vivant à l'échelle nanométrique, tels que les changements d'une seule cellule vivante dans le corps humain en réponse à des signaux chimiques.
Publié dans Nature Nanotechnologie aujourd'hui, la recherche décrit une nouvelle approche de la détection avancée qui a été facilitée en réunissant une forme spécifique de nanocristal, ou "SuperDot" avec un type spécial de fibre optique qui permet à la lumière d'interagir avec de minuscules volumes (à l'échelle nanométrique) de liquide.
"Jusqu'à maintenant, mesurer une seule nanoparticule aurait nécessité de la placer à l'intérieur d'un microscope très volumineux et coûteux, " dit le professeur Tanya Monro, Directeur de l'Institute for Photonics and Advanced Sensing (IPAS) de l'Université d'Adélaïde et lauréat australien de l'ARC. "Pour la première fois, nous avons pu détecter une seule nanoparticule à une extrémité d'une fibre optique à l'autre extrémité. Cela ouvre toutes sortes de possibilités en matière de détection."
"En utilisant des fibres optiques, nous pouvons accéder à de nombreux endroits tels que l'intérieur du cerveau humain vivant, à côté d'un embryon en développement, ou dans une artère ? des emplacements inaccessibles aux outils de mesure conventionnels.
« Cette avancée ouvre finalement la voie à des percées dans le traitement médical. Par exemple, mesurer la réaction d'une cellule en temps réel à un médicament contre le cancer signifie que les médecins pourraient dire au moment où le traitement est administré si une personne répond ou non à la thérapie. »
La fibre optique microstructurée a été utilisée comme spectroscope nanolitre-volume pour analyser les propriétés optiques des nanocristaux. Crédit :Matthew Henderson
Les performances de détection à un seul niveau moléculaire étaient auparavant limitées à la fois par une intensité de signal insuffisante et par des interférences dues au bruit de fond. La fibre optique spéciale conçue à l'IPAS s'est également avérée utile pour comprendre les propriétés des nanoparticules. « Les scientifiques des matériaux ont été confrontés à un énorme défi pour augmenter la luminosité des nanocristaux, " dit le Dr Jin, Boursier ARC aux laboratoires avancés de cytométrie de l'Université Macquarie. "En utilisant ces fibres optiques, cependant, nous avons reçu un aperçu sans précédent des émissions de lumière. Maintenant, des milliers d'émetteurs peuvent être incorporés dans un seul SuperDot - créant un bien plus lumineux, et un nanocristal plus facilement détectable."
Sous éclairage infrarouge, ces SuperDots produisent sélectivement du bleu vif, lumière rouge et infrarouge, avec une sensibilité mille fois supérieure à celle des matériaux existants. « Ni le verre de la fibre optique ni les autres molécules biologiques de fond ne répondent à l'infrarouge, de sorte que le problème du signal de fond a été supprimé. En excitant ces SuperDots, nous avons pu abaisser la limite de détection au niveau ultime - une seule nanoparticule, " dit Jin.
« La recherche transdisciplinaire de plusieurs institutions a ouvert la voie à cette découverte innovante, " dit Jin, "avec l'interface d'experts en nanomatériaux, ingénierie photonique, et les frontières biomoléculaires."
"Ces efforts conjoints bénéficieront à terme aux patients du monde entier - par exemple, nos partenaires industriels Minomic International Ltd et Patrys Ltd développent des utilisations pour SuperDots™ dans les kits de diagnostic du cancer, détectant un nombre incroyablement faible de biomarqueurs dans des conditions telles que le cancer de la prostate et le myélome multiple. » Macquarie recherche désormais activement d'autres partenaires industriels capables de développer conjointement des solutions en dehors de ces domaines.
