Des scientifiques de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) ont développé un dispositif basé sur la lumière qui peut agir comme un biocapteur, détection de substances biologiques dans les matériaux; par exemple, pathogènes nocifs dans les échantillons d'aliments.

Les biocapteurs standard actuels de l'industrie ont une sensibilité et une précision limitées. Ils ne peuvent détecter que les effets cumulatifs de groupes de particules, plutôt que des molécules individuelles.

Mais l'outil développé par l'équipe est 280 fois plus sensible.

En collaboration avec des chercheurs de l'Université du Wisconsin, NOUS., des chercheurs de l'unité Interactions Lumière-Matière pour les Technologies Quantiques de l'OIST ont utilisé cet outil, un type de résonateur optique, pour créer de la haute résolution, images en temps réel de nanoparticules individuelles. Leurs conclusions sont publiées dans ACS Nano .

La chimie à l'échelle nano

Depuis plusieurs années, les scientifiques de l'OIST ont expérimenté des résonateurs à microbulles, un type de microrésonateur qui se compose d'une coque de verre creuse attachée à un long, capillaire en verre fin. Les chercheurs remplissent d'eau un résonateur à microbulles. Puis, quand ils y projettent des rayons de lumière, les ondes lumineuses circulent rapidement dans l'eau, permettant aux scientifiques d'étudier les propriétés physiques et chimiques des particules à la surface du résonateur.

Pour la présente étude, les chercheurs collaborateurs de l'Université du Wisconsin ont recouvert l'intérieur de la sphère de verre du résonateur à microbulles avec des nanotiges d'or.

Les scientifiques ont fait briller un faisceau laser pour chauffer les nanotiges, puis observé comment la forme, orientation, et la chimie de surface des nanotiges a changé lorsqu'elles ont été exposées à certains produits chimiques et à des champs lumineux.

Lorsque les nanoparticules ont absorbé la lumière qui les éclairait, ils se sont réchauffés. Ces augmentations de température ont provoqué des décalages dans les fréquences lumineuses émises par le résonateur, permettant aux scientifiques de mesurer et d'imager les changements de température des nanoparticules à une résolution incroyablement élevée.

Essentiellement, le résonateur est devenu un type de thermomètre incroyablement sensible, les chercheurs ont dit.

La prochaine étape des scientifiques consiste à appliquer cette technique de détection photothermique aux protéines, plutôt que des nanoparticules, revêtement de l'intérieur du résonateur avec des protéines au lieu de nanotiges d'or. Les chercheurs espèrent que les changements de forme des protéines modifieront les propriétés optiques et thermiques des protéines, leur permettant d'étudier plus avant les événements moléculaires sur la surface du résonateur.

En outre, la méthode peut être utile pour détecter de minuscules virus ou des brins d'ADN simples.

"Normalement, si vous voulez obtenir des images haute résolution de minuscules protéines, vous aurez besoin d'un microscope électronique, ce qui endommagerait la protéine, " a déclaré le Dr Jonathan Ward, un co-auteur de l'étude. "Le potentiel de commercialisation ici est énorme, même si, il y a encore de nombreux défis techniques à surmonter."