Les points quantiques (QD) ont trouvé tellement d'applications ces dernières années, ils peuvent maintenant être achetés avec une variété de structures et de configurations composites. Certains sont disponibles en suspension dans un fluide biologiquement respectueux, ce qui les rend bien placés pour servir de biomarqueurs pour le marquage et le suivi de molécules uniques. Mais supposons que vous vouliez piéger et déplacer l'une de ces balises à nanoparticules uniques de la même manière que d'autres biologistes pourraient saisir des échantillons de tissus avec une pince à épiler ?

Exploiter les capacités de nano-faisceau tracteur des pincettes optiques, chercheurs de l'Université de Melbourne, Australie, et l'Université des sciences et technologies de Huazhong, Chine, a développé une nano-antenne entièrement en silicium pour piéger des points quantiques individuels suspendus dans une chambre microfluidique. Le groupe présentera ses travaux à Frontiers in Optics + Laser Science APS/DLS (FIO + LS), du 17 au 21 septembre 2017 à Washington, DC.

" Brucelles optiques classiques, basé sur des faisceaux laser étroitement focalisés sur de petits points avec des lentilles de microscope, permettre une manipulation précise et sans contact des matériaux, " a déclaré Kenneth Crozier, professeur à l'Université de Melbourne et membre de l'équipe de recherche. "Le piégeage de très petits objets est rendu difficile, cependant, du fait que la force de piégeage varie approximativement avec le volume des particules, et est petit comparé à l'effet du mouvement brownien aléatoire."

Le piégeage de ces petits objets dans une construction biologiquement utile est rendu encore plus difficile par les effets thermiques potentiellement destructeurs de l'utilisation d'antennes métalliques pour focaliser les champs de piégeage. "Ici, nous démontrons le piégeage d'un très petit objet (à savoir une boîte quantique) à l'aide d'une nano-antenne tout silicium, " a déclaré Crozier. "Nous avons littéralement pu voir des points quantiques uniques piégés par notre nanoantenne, et capturez des films montrant leur mouvement."

Les nouvelles nanoantennes, qui sont chacun constitués d'un anneau de silicium entourant une paire de cylindres de silicium, sont réalisés par lithographie par faisceau d'électrons et gravure ionique réactive. La structure concentre la lumière infrarouge utilisée pour piéger les points quantiques dans le petit espace de 50 nanomètres entre les cylindres.

Crozier et son groupe ont testé leur antenne en fixant une chambre microfluidique, rempli de points quantiques CdSe/ZnS en suspension dans une solution tampon, à la puce de silicium. Celui-ci a été monté dans un microscope optique où la lumière verte incidente a stimulé la fluorescence de la signature des points quantiques et une caméra CCD a capturé le piégeage en action.

"D'après les simulations que nous avons faites avant les expériences, nous nous attendions à ce que cela fonctionne, mais nous n'étions pas certains, " a déclaré Crozier. " C'était donc très excitant de voir les points quantiques individuels être piégés lorsque nous avons réellement fait les expériences. " Avec une fréquence d'images de 30 images par seconde, ils ont pu filmer le piégeage d'une seule boîte quantique fluorescente par une antenne en silicium sur leur puce couplée microfluidique.

"Nous avons utilisé de faibles concentrations de particules parce que nous voulions nous assurer que nous avions affaire à des points quantiques uniques, " a dit Zhe " Kelvin " Xu, un doctorant de l'Université de Melbourne qui a réalisé les expériences. "Cela signifiait que nous devions généralement attendre un certain temps pour chaque événement de piégeage de points quantiques, de l'ordre d'une heure. Et bien sûr, cela signifie que nous devions être très attentifs lors des expériences pour ne pas rater ces événements de piégeage. »

En réalité, les faibles concentrations de points quantiques qui ont exigé une telle patience mettent en évidence un problème plus général de biodétection que leur nouvelle approche de piégeage pourrait être en mesure de résoudre. Selon Crozier, un problème classique avec les nanocapteurs qui détectent des substances à de faibles concentrations est que la petite zone de détection limite la vitesse à laquelle les molécules sont délivrées. Maintenant avec la puissance de la force (optique), une utilisation potentielle des nanoantennes serait d'augmenter le flux de molécules ou d'autres objets sur des nanocapteurs.

"Pouvoir observer directement le processus de piégeage via notre microscope nous a amenés à nous interroger sur l'application de cela à d'autres nanomatériaux, " a déclaré Crozier. En ce qui concerne les applications futures, le monde de la nanodétection a encore beaucoup à explorer. "Ce serait très excitant de piéger une seule molécule biologique avec notre antenne, et d'observer directement ce processus de piégeage. Cela pourrait également fournir des informations utiles qui aideraient l'application des nanocapteurs. »