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Posté par Michel le Jeudi 30/08/2012 à 12:00
Peser et identifier des molécules une à une
Une équipe commune de chercheurs du Caltech (California Institute of Technology) et du CEA-Leti vient de créer le premier détecteur mécanique capable de mesurer la masse d'une molécule unique. Cette mesure se fait grâce à des nano-composants et permet d'identifier des particules ou molécules en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel. Les applications sont nombreuses, notamment dans le diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation, distinction“ et γν?ση, gnósi,...) médical. Ce nouvel instrument a fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois...) d'une publication dans le journal Nature nanotechnology le 26 août 2012.

L'instrument de mesure (En physique et en sciences de l’ingénieur, mesurer consiste à comparer une grandeur physique qui caractérise un objet (ou un...) mis au point (Graphie) par les chercheurs du Caltech et du CEA-Leti repose sur l'utilisation de nano-composants, des NEMS (NanoElectroMechanical Systems), capables de détecter la présence de particules. Le composant, dont la taille représente quelques millionièmes de mètre, est constitué d'une « poutre » résonante réalisée en silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.). Quand une particule, ou une molécule, se pose sur le résonateur, la fréquence de vibration change en fonction de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation...) de la particule. Pour déterminer exactement sa masse il faut également connaître son emplacement sur la poutre, qui fait varier sa fréquence d'oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux mêmes...). Les chercheurs ont ainsi montré que l'analyse des changements de fréquence d'oscillation suffisait pour déterminer la localisation et la masse de la particule.

"Lorsque chaque particule arrive sur la poutre, nous pouvons mesurer sa masse" explique Michael Roukes, Professeur à Caltech. "Personne n'a réalisé cela auparavant."

Le fonctionnement de ce nouvel outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette...) a été démontré en pesant une molécule appelée Immunoglobuline M (IgM), qui est un anticorps produit par les cellules immunitaires dans le sang (Le sang est un tissu conjonctif liquide formé de populations cellulaires libres, dont le plasma est la substance fondamentale et est présent chez la...). En mesurant les différentes masses des molécules envoyées sur le détecteur, les chercheurs ont compté et identifié les différents types d'IgM présents dans l'échantillon étudié. Cette expérience est non seulement la première analyse d'une molécule biologique au moyen d'un nanosystème mais également un pas essentiel pour démontrer son intérêt pour des applications biomédicales. Dans le futur, ces instruments pourraient permettre d'analyser le système immunitaire de patients ou même permettre le diagnostic de maladies immunitaires. Par exemple, certaines répartitions de molécules d'IgM sont la signature caractéristique d'un certain type de cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que la...) appelé maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal ou végétal.) de Waldenström.

A plus long terme, le détecteur pourrait permettre à des biologistes d'étudier les mécanismes moléculaires d'une cellule complète. En effet, les spectromètres de masse, habituellement utilisés, ne permettent pas l'étude de particules dont la masse est trop importante, comme des protéines ou des virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise les constituants pour se multiplier. Les virus existent sous une forme extracellulaire ou intracellulaire. Sous...). Cette technique peut donc compléter la spectrométrie, aidant les médecins lors de diagnostics de certaines maladies, fournissant aux biologistes de nouveaux moyens d'étudier virus et bactéries ou de sonder la machinerie moléculaire des cellules. "Avec l'utilisation de procédés issus de la microélectronique, nous sommes sur la bonne voie pour réaliser de tels instruments" précise Hughes Metras du CEA-Leti, détaché à Caltech dans le cadre de la coopération. "Le détecteur pourrait par exemple être utilisé dans des spectromètres de masse commerciaux afin d'augmenter leur gamme de mesure".

"Ce résultat est la démonstration que l'Alliance Leti Caltech, initiée en 2006, a créé un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la...) favorable à la réalisation d'expériences scientifiques de premier ordre à l'aide de composants fabriqués collectivement," précise Laurent Malier, le directeur du CEA-Leti. Issus de techniques de fabrication utilisées dans la microélectronique, les composants de cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) pourront bénéficier d'une fabrication collective et à grande échelle. "Ces composants permettront de cibler des applications industrielles et commerciales grâce à leur faible coût unitaire et leur fiabilité".

Les travaux de recherche ont été financés grâce au soutien du "Kavli Nanoscience Institute" à Caltech, du "National Institutes of Health", de la "National Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir...) Foundation", de la "Fondation pour la Recherche et l'Enseignement (L'enseignement (du latin "insignis", remarquable, marqué d'un signe, distingué) est une pratique d'éducation visant à développer les connaissances d'un élève par le biais de communication verbale et...) Superieur", de la fondation Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) Mérieux, du "Partnership University Fund of the French Embassy to the U.S.A.", du "NIH Director's Pioneer Award", du financement des Instituts Carnot par l'Agence Nationale de la Recherche, de la Chaire d'Excellence de la Fondation Nanosciences, ainsi que de l'Union Européenne via une bourse Eurotalent CEA.

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Source: CEA
Illustration: Caltech / Scott Kelber and Michael Roukes
 
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