Des chercheurs de l'UC Santa Cruz ont développé une nouvelle approche pour étudier des molécules uniques et des nanoparticules en combinant des mesures électriques et optiques sur une plate-forme intégrée à base de puces. Dans un article publié le 9 juillet dans Nano lettres , les chercheurs ont rapporté avoir utilisé l'appareil pour distinguer les virus des nanoparticules de taille similaire avec une fidélité à 100 %.

La combinaison de mesures électriques et optiques sur une seule puce fournit plus d'informations que l'une ou l'autre technique seule, ledit auteur correspondant Holger Schmidt, le professeur Kapany d'optoélectronique à la Baskin School of Engineering et directeur du W. M. Keck Center for Nanoscale Optofluidics à l'UC Santa Cruz. L'étudiant diplômé Shuo Liu est le premier auteur de l'article.

La nouvelle puce s'appuie sur les travaux antérieurs du laboratoire de Schmidt et de ses collaborateurs à l'Université Brigham Young pour développer une technologie de puce optofluidique pour l'analyse optique de molécules uniques lorsqu'elles traversent un minuscule canal rempli de fluide sur la puce. Le nouveau dispositif incorpore un nanopore qui remplit deux fonctions :il agit comme une « porte intelligente » pour contrôler la livraison de molécules individuelles ou de nanoparticules dans le canal pour l'analyse optique ; et il permet des mesures électriques lorsqu'une particule traverse le nanopore.

"Le nanopore délivre une seule molécule dans le canal fluidique, où il est alors disponible pour des mesures optiques. C'est un outil de recherche utile pour faire des études de molécule unique, " a déclaré Schmidt.

Nanopores biologiques, une technologie développée par le coauteur David Deamer et d'autres à l'UC Santa Cruz, peut être utilisé pour analyser un brin d'ADN lorsqu'il traverse un petit pore intégré dans une membrane. Les chercheurs appliquent une tension à travers la membrane, qui tire l'ADN chargé négativement à travers le pore. Les fluctuations de courant lorsque l'ADN se déplace à travers le pore fournissent des signaux électriques qui peuvent être décodés pour déterminer la séquence génétique du brin.

Avec le nouvel appareil, les chercheurs sont capables de recueillir des mesures électriques sur une nanoparticule lorsqu'elle se déplace à travers un pore d'une membrane solide, puis mesurer les signaux optiques lorsque la particule rencontre un faisceau de lumière dans le canal. En corrélant la force de la diminution du courant lorsqu'une particule se déplace à travers le pore, l'intensité du signal optique, et l'heure de chaque mesure, les chercheurs sont capables de distinguer des particules de tailles et de propriétés optiques différentes et de déterminer la vitesse d'écoulement des particules à travers le canal.

La puce peut également être utilisée pour différencier des particules de taille similaire mais de composition différente. Dans une expérience, les chercheurs ont combiné des virus de la grippe avec des nanobilles d'un diamètre similaire et ont placé le mélange au-dessus du nanopore. Le virus a été marqué avec une étiquette fluorescente rouge et les billes ont été marquées avec une étiquette bleue. Les chercheurs ont corrélé le signal électrique avec la longueur d'onde de fluorescence et le temps de chaque mesure. Ils ont découvert que les nanobilles bleues traversaient le canal plus rapidement que le virus de la grippe rouge, peut-être à cause d'une différence de charge de surface ou de masse. En plus d'identifier les agents pathogènes dans un mélange, les chercheurs peuvent également compter le nombre de particules virales.

« Cela pourrait être utilisé comme un dispositif analytique pour effectuer des comptages fiables de particules virales dans un échantillon, " a déclaré Schmidt.

Actuellement, Le groupe de Schmidt travaille sur des méthodes pour ajouter un piégeage optique à l'appareil. Cela permettrait à une molécule dans le canal d'être maintenue en un seul endroit, enquêté, et libéré, avec le potentiel d'analyser des centaines de molécules en une heure. "Avoir tout cela sur une seule puce rendrait les mesures d'une seule molécule beaucoup plus faciles et plus pratiques, " a déclaré Schmidt.