La capacité de détecter de minuscules quantités de molécules est importante pour la détection chimique ainsi que pour les diagnostics biologiques et médicaux. En particulier, certaines des applications les plus complexes et les plus avancées impliquent des composés rares pour lesquels seules quelques molécules peuvent être présentes à la fois. Les dispositifs les plus prometteurs pour réaliser une détection de très haute précision sont les capteurs nanométriques, où les molécules sont placées dans de minuscules espaces entre de petites plaques d'or. Mais cette méthode n'est efficace que si les molécules sont positionnées avec précision dans les interstices. Maintenant, Jinghua Teng de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR, Singapour, et des collègues de l'Université nationale de Singapour ont développé un capteur où les molécules sont efficacement guidées et mises en place.

Les résonances électroniques se produisant dans les nanostructures d'or sont comme des antennes très puissantes, capable d'amplifier le rayonnement de petites molécules dans leur voisinage. Cela permet même la détection de molécules uniques. Pour que le signal soit capté par les antennes, cependant, les molécules doivent être précisément localisées dans les « points chauds » électromagnétiques (voir image). "Nous avons abordé ce défi et développé une méthode pour lier sélectivement les molécules aux points chauds électromagnétiques de la structure de la nanoantenne pour un effet maximal, " explique Teng.

Les chercheurs devaient préparer la surface de l'appareil de manière à ce que les molécules se lient uniquement aux zones souhaitées entre les plaques d'or, et non sur celles-ci. Ils y sont parvenus en déposant un mince film de titane entre les plaques d'or. Le titane s'oxyde à l'air, former du dioxyde de titane stable, qui est isolant et a des propriétés très différentes des plaques d'or. Les chercheurs ont ensuite recouvert la surface de diverses solutions organiques qui empêchent sélectivement les protéines et autres molécules de se lier à l'or tout en attirant les molécules d'intérêt vers le tampon en titane. Lors des premiers tests, les signaux des molécules attachées au titane dans le point chaud ont montré une sensibilité six fois plus élevée que ceux attachés au hasard à travers l'appareil.

La prochaine étape sera d'augmenter la sensibilité du capteur à la limite ultime, explique Teng. "Les gens ont rêvé et travaillé à la détection d'une molécule unique. Ce travail fait partie de ces efforts. Il fournit un moyen de lier sélectivement les biomolécules aux points chauds et prouve qu'il peut améliorer la sensibilité moléculaire et réduire la quantité d'échantillon requise ." D'autres améliorations dans la conception de l'appareil seront cependant nécessaires, ajoute Teng. "Avancer, nous aimerions pousser plus loin la sensibilité en optimisant la structure et essayer la détection multi-agents dans une seule puce."