La nanotechnologie fait progresser des outils similaires au « tricordeur » de Star Trek qui effectuent des analyses chimiques sur place pour une gamme d'applications, notamment des tests médicaux, détection d'explosifs et sécurité alimentaire.

Les chercheurs ont découvert que lorsque le papier utilisé pour collecter un échantillon était recouvert de nanotubes de carbone, la tension requise était de 1, 000 fois réduit, le signal était aiguisé et l'équipement était capable de capturer des molécules beaucoup plus délicates.

Une équipe de chercheurs de l'Université Purdue et de l'Institut indien de technologie de Madras a réalisé l'étude, qui est détaillé dans un "article très important" désigné par le journal Angewandte Chemie .

"C'est un grand pas dans nos efforts pour créer des miniatures, spectromètres de masse portables pour le terrain, " a déclaré R. Graham Cooks, Henry B. Hass, professeur distingué de chimie de Purdue. "La diminution spectaculaire de la puissance requise signifie une réduction de la taille de la batterie et du coût pour effectuer les expériences. L'ensemble du système devient plus léger et moins cher, ce qui le rapproche d'autant plus d'être viable pour facile, usage généralisé."

Cuisiniers et Thalappil Pradeep, professeur de chimie à l'Institut indien de technologie de Madras, Chennaï, dirigé la recherche.

« Apporter la science au peuple est ce qui est le plus important, " a déclaré Pradeep. " La spectrométrie de masse est un outil fantastique, mais il n'est pas encore sur la table de chaque médecin ou dans la poche des inspecteurs agricoles et des gardes de sécurité. De grandes techniques ont été développées, mais nous devons les affiner en outils abordables, peut être fabriqué efficacement et facilement utilisé.

L'étude financée par la National Science Foundation a utilisé une technique d'analyse développée par Cooks et ses collègues appelée ionisation PaperSpray™. La technique repose sur un échantillon obtenu en essuyant un objet ou en plaçant une goutte de liquide sur du papier humide avec un solvant pour capturer les résidus de la surface de l'objet. Un petit triangle est ensuite découpé dans le papier et placé sur un accessoire spécial du spectromètre de masse où la tension est appliquée. La tension crée un champ électrique qui transforme le mélange de solvant et de résidus en fines gouttelettes contenant des molécules ionisées qui se détachent et sont aspirées dans le spectromètre de masse pour analyse. Le spectromètre de masse identifie ensuite les molécules ionisées de l'échantillon par leur masse.

La technique repose sur un fort champ électrique et les nanotubes agissent comme de minuscules antennes qui créent un fort champ électrique à partir d'une très faible tension. Un volt sur quelques nanomètres crée un champ électrique équivalent à 10 millions de volts sur un centimètre, dit Pradeep.

"L'astuce était d'isoler ces minuscules, des antennes à l'échelle nanométrique et les empêcher de se regrouper car les nanotubes individuels doivent dépasser du papier, " at-il dit. " Les nanotubes de carbone fonctionnent bien et peuvent être dispersés dans l'eau et appliqués sur des substrats appropriés. "

La Nano Mission du gouvernement indien a soutenu la recherche à l'Institut indien de technologie de Madras et les étudiants diplômés Rahul Narayanan et Depanjan Sarkar ont réalisé les expériences.

En plus de réduire la taille de la batterie requise et le coût énergétique pour exécuter les tests, la nouvelle technique a également simplifié l'analyse en éliminant presque le bruit de fond, Dit les cuisiniers.

"Dans ces conditions, l'analyse est presque sans bruit et d'une netteté, un signal clair de l'échantillon est délivré, " a-t-il dit. " Nous ne savons pas pourquoi c'est – pourquoi les molécules de fond qui nous entourent dans l'air ou à l'intérieur de l'équipement ne sont pas ionisées et n'entrent pas dans l'analyse. C'est déroutant, mais agréable surprise."

La tension réduite requise rend également la méthode plus douce que les techniques d'ionisation PaperSpray™ standard.

"C'est une méthode très douce, " Cooks a déclaré. "Les molécules et les complexes fragiles sont capables de tenir ensemble ici alors qu'ils ne le feraient pas autrement. Cela pourrait conduire à d'autres applications potentielles."

L'équipe envisage d'étudier les mécanismes à l'origine de la réduction du bruit de fond et les applications potentielles de la méthode douce, mais l'aspect le plus prometteur de la nouvelle technique est son potentiel de miniaturisation du système de spectrométrie de masse, Dit les cuisiniers.

Cooks est un pionnier de la spectrométrie de masse et a travaillé pendant des années pour faire passer les spectromètres de masse de la taille d'une voiture à celle d'une boîte à chaussures.

Au début de sa carrière, il a développé des techniques d'ionisation ambiante qui ont permis de faire des tests dans l'air ou directement sur une surface dans son environnement naturel, contrairement aux techniques classiques de spectrométrie de masse qui nécessitaient des séparations chimiques, manipulations d'échantillons et confinement dans une chambre à vide pour l'ionisation et l'analyse. L'ionisation ambiante a ouvert la voie à une vitesse plus rapide, des appareils de spectrométrie de masse plus portables qui pourraient être utilisés en dehors d'un laboratoire.

Cooks et son collaborateur Zheng Ouyang, Purdue professeur agrégé de génie biomédical et de génie électrique et informatique, ont créé plusieurs générations de spectromètres de masse miniatures. Ils ont récemment publié des articles sur la dernière génération, le "Mini 12, " dans la revue Chimie analytique .

Cooks et son équipe ont affiné les outils à utiliser en imagerie moléculaire pour le diagnostic et la chirurgie du cancer; suivi thérapeutique médicamenteux; recherche de biomarqueurs dans l'urine ; et l'identification des agents pathogènes d'origine alimentaire, bactéries, résidus de pesticides et d'explosifs.

Cooks est associé à plusieurs centres de recherche Purdue, y compris le Bindley Bioscience Center, le Purdue Center for Cancer Research et le Center for Analytical Instrumentation Development.