(Phys.org) — En matière de nanomédecine, plus petit n'est, étonnamment, pas toujours meilleur.

Les chercheurs de l'UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science ont déterminé que la petite taille des biocapteurs à base de nanofils, que les professionnels de la santé utilisent pour détecter les protéines qui marquent l'apparition de l'insuffisance cardiaque, le cancer et d'autres risques pour la santé - n'est pas ce qui les rend plus sensibles que d'autres appareils de diagnostic. Plutôt, ce qui compte le plus, c'est l'interaction entre les ions chargés dans l'échantillon biologique testé et les protéines chargées capturées à la surface des capteurs.

La découverte contredit des années de sagesse conventionnelle selon laquelle un biocapteur peut être rendu plus sensible simplement en réduisant le diamètre des nanofils qui composent le dispositif. Cette hypothèse a conduit à des centaines d'efforts de recherche et développement coûteux dans le domaine de la nanomédecine, dans lesquels de minuscules matériaux et dispositifs sont utilisés pour détecter, diagnostiquer et traiter la maladie.

La recherche suggère de nouvelles orientations pour la conception de biocapteurs afin d'améliorer leur sensibilité et de les rendre plus pratiques pour les médecins - et, finalement, patients eux-mêmes - à utiliser.

"C'est la première fois que la compréhension des raisons pour lesquelles les travaux de biodétection par nanofils sont contestées, " dit Chi On Chui, un professeur agrégé de génie électrique et de bio-ingénierie à l'UCLA dont le laboratoire a effectué la recherche. "L'avantage ne vient pas du fait que les fils sont nanométriques, mais plutôt comment leur géométrie réduit la capacité des ions à inhiber la détection des protéines. Cette recherche pourrait être une étape vers le développement de des appareils économiques et portables pour détecter avec précision une gamme de maladies. »

La recherche a été publiée le 25 mars dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

Les biocapteurs à nanofils sont, en substance, transistors électroniques d'un diamètre inférieur à la largeur d'un seul globule rouge. Lorsqu'ils sont exposés à un échantillon de sang ou à un autre fluide corporel, les protéines chargées spécifiques testées sont capturées sur les surfaces des nanofils. La charge des protéines capturées modifie le taux de courant électrique circulant dans le transistor à nanofils. En surveillant le courant électrique, les chercheurs peuvent quantifier la concentration de protéines dans l'échantillon, qui peut leur donner une indication de la santé cardiaque, diabète et un certain nombre d'autres conditions médicales.

Un défi à l'utilisation pratique de la technologie est qu'en plus des protéines chargées, de nombreux fluides physiologiques contiennent une grande concentration d'ions chargés, comme le sodium, potassium et chlorure. Ces ions entourent les protéines et masquent la charge protéique, ce qui empêche le capteur de détecter les protéines.

Les chercheurs des laboratoires peuvent contourner ce problème. Mais les médecins effectuant des tests sur leurs patients ou les patients surveillant leur propre santé à domicile ne peuvent le faire sans l'aide d'un technicien. Cela a entravé l'adoption de la technologie.

La recherche de l'UCLA fait progresser la compréhension de l'efficacité des nanofils de plusieurs manières. D'abord, cela prouve que la petite taille des nanofils n'est pas intrinsèquement responsable du fait qu'ils surpassent leurs homologues planaires.

Seconde, il démontre que l'amélioration des performances résulte du fait que le filtrage ionique est réduit dans les espaces restreints, tels que les coins entre un nanofil et la base sur laquelle il repose, car les ions ont du mal à s'y approcher des protéines. Cet effet de coin existe dans la plupart des structures de biodétection, qu'ils soient à l'échelle nanométrique ou non ; mais l'effet devient plus important à l'échelle nanométrique.

La recherche montre également qu'en général, les appareils avec des surfaces concaves fonctionnent plus efficacement que ceux avec des surfaces convexes.

« Mon espoir est que les chercheurs puissent utiliser cette compréhension pour faire deux choses, " dit Kaveh Shoorideh, l'étudiant diplômé en ingénierie de l'UCLA qui est le premier auteur de la recherche. "D'abord, réaliser des biocapteurs sensibles sans recourir à des nanofils coûteux, et deuxieme, trouver des moyens de réduire le filtrage ionique sans avoir besoin d'un technicien."