Popeye, le héros de bande dessinée, ne jure que par elle comme le font des générations de parents qui régalent leurs enfants avec des épinards. Bien sûr, on sait aujourd'hui que le légume n'est pas aussi riche en fer qu'on le pensait à l'origine, mais que le fer est néanmoins essentiel à notre bien-être physique est incontesté. Le manque de fer, causé par la malnutrition, peut entraîner une anémie, tandis qu'un niveau accru de fer peut signaler la présence d'une réponse inflammatoire aiguë. Par conséquent, le taux de fer dans le sang est un important agent de diagnostic médical. Chercheurs de l'Université d'Ulm, dirigé par le physicien expérimental Fedor Jelezko, le physicien théoricien Martin Plenio et la chimiste Tanja Weil, ont développé un nouveau biocapteur pour la détermination de la teneur en fer basé sur des nanodiamants.

"Les tests sanguins standard ne capturent pas - comme on pourrait s'y attendre - les ions de fer libres dans le sang, parce que le fer libre est toxique et est donc difficilement détectable dans le sang, " explique le professeur Tanja Weil, directeur de l'Institut de chimie organique III, Université d'Ulm. Ces méthodes reposent plutôt sur certaines protéines qui sont responsables du stockage et du transport du fer. L'une de ces protéines est la ferritine qui peut en contenir jusqu'à 4, 500 ions de fer magnétique. La plupart des tests standards sont basés sur des techniques immunologiques et estiment la concentration en fer indirectement sur la base de différents marqueurs. Les résultats de différents tests peuvent cependant conduire à des résultats incohérents dans certaines situations cliniques.

Les scientifiques d'Ulm ont développé une toute nouvelle approche pour détecter la ferritine. Cela nécessitait une combinaison de plusieurs idées nouvelles. D'abord, chaque atome de fer lié à la ferritine génère un champ magnétique mais comme il n'y en a que 4, 500 d'entre eux, le champ magnétique total qu'ils génèrent est en effet très faible et donc difficile à mesurer. Ceci en effet, a posé le deuxième défi à l'équipe :développer une méthode suffisamment sensible pour détecter des champs magnétiques aussi faibles. Ils y sont parvenus en utilisant un tout nouveau, technologie innovante basée sur de minuscules diamants artificiels de taille nanométrique. Fondamentalement, ces diamants ne sont pas parfaits - incolores et transparents - mais contiennent des défauts de réseau qui sont optiquement actifs et donnent ainsi la couleur des diamants.

"Ces centres de couleur nous permettent de mesurer l'orientation des spins des électrons dans les champs externes et ainsi mesurer leur force" explique le professeur Fedor Jelezko, directeur de l'Institut d'optique quantique d'Ulm. Troisièmement, l'équipe a dû trouver un moyen d'adsorber la ferritine à la surface du diamant. "Ce que nous avons réalisé à l'aide d'interactions électrostatiques entre les minuscules particules de diamant et les protéines de ferritine, " ajoute Weil. Enfin, « La modélisation théorique était indispensable pour s'assurer que le signal mesuré est bien cohérent avec la présence de ferritine et ainsi valider la méthode, " déclare Martin Plenio, directeur de l'Institut de physique théorique. Les projets futurs de l'équipe d'Ulm incluent la détermination précise du nombre de protéines ferritine et la charge moyenne en fer des protéines individuelles.

La démonstration de cette méthode innovante, signalé dans Lettres nano , représente un premier pas vers les objectifs de leur subvention BioQ Synergy récemment attribuée. L'objectif de ce projet est l'exploration des propriétés quantiques en biologie et la création de structures de diamant auto-organisées.

« Les capteurs diamant peuvent ainsi être appliqués en biologie et en médecine, " disent les scientifiques d'Ulm. Mais leur nouvelle invention a ses limites ". Que les enfants aient réellement mangé leurs épinards ne peut pas être détecté avec le capteur de diamant, c'est encore l'apanage des parents", confesse le physicien quantique Plenio.