Augmenter la sensibilité de biocapteurs grâce à un matériau à changement de phase

Publié par Isabelle le 20/09/2021 à 13:00
Source: CNRS INSIS

© Springer Nature licence Creative Commons
Une équipe du laboratoire XLIM a réussi à augmenter d'un facteur mille la sensibilité de capteurs à résonance plasmonique de surface, qui pourraient notamment être utilisés pour la détection précoce de nombreuses maladies.

Les capteurs à résonance (La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques...) plasmonique de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) (SPR) constituent actuellement la référence en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) de biodétection sans marquage. Ils permettent de suivre en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réel des interactions chimiques et biomoléculaires, et ont trouvé des applications dans le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) de la qualité des aliments, la surveillance de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...), mais aussi le dépistage (Le dépistage, en médecine, consiste en la recherche d'une ou de plusieurs maladies ou...) et le diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de...) précoce des maladies.

Pourtant, bien que commercialisés depuis plus de vingt ans, ces capteurs SPR ont des limites qui restreignent leur usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.), notamment dans le domaine biomédical. Ainsi, la limite de sensibilité de la SPR ne lui permet pas de détecter des molécules biologiques et chimiques à faible concentration (c'est-à-dire -15 mol/L) dans des matrices complexes telles que l'urine (L'urine est un liquide biologique composé des déchets de l'organisme. L'urine est...), la salive (La salive est un liquide biologique sécrété par les glandes salivaires, à...) et le sérum sanguin. Or, la capacité à détecter des biomarqueurs spécifiques à des niveaux de concentration extrêmement faibles est essentielle pour le diagnostic précoce de diverses maladies humaines.

C'est pour combler cette lacune qu'une équipe du laboratoire XLIM (CNRS/Univ. Limoges)1 a développé un capteur (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) SPR à très haute sensibilité pour détecter le facteur de nécrose tumorale (TNF-α), un biomarqueur largement utilisé pour identifier plusieurs maladies humaines, y compris les troubles inflammatoires tels que les maladies intestinales, l'ostéoarthrite, l'arthrite (L'arthrite (du grec arthron : articulation) est une inflammation aiguë ou chronique des...) rhumatoïde, ainsi que les tumeurs malignes telles que le cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement...) de la bouche (La bouche (encore dénommée cavité buccale ou cavité orale) est l'ouverture par...) et du sein. D'infimes quantités de cette protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs...) circulent dans le sang (Le sang est un tissu conjonctif liquide formé de populations cellulaires libres, dont le...), et la mesure précise de sa concentration est un défi technologique. Ces résultats sont publiés dans la revue Nano-Micro Letters.


Schéma du capteur SPR fondé sur une fine couche de GST et une couche d'or déposées sur un substrat en verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) (à gauche). Variation de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) de l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) induite par le capteur comparé avec un capteur SPR fondé sur seulement une couche d'or (au centre). Détection en temps réel du biomarqueur TNF-α (à droite).
© Imprimé avec la permission de Springer Nature sous la licence Creative Commons

Dans un capteur SPR, une onde d'électrons est créée à la surface d'un métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...) par une excitation optique. Cette onde est très sensible au milieu dans lequel elle se propage, ce qui permet de détecter la présence de molécules à la surface du capteur. Pour augmenter la sensibilité du capteur SPR, l'équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) a ajouté une couche supplémentaire ultra (ULTra (pour (en)« Urban Light Transport ») est un système de transport...) mince d'un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) à changement de phase GST2. Cette couche nanométrique a été réalisée par pulvérisation (Le terme de pulvérisation a été introduit en 1975 par J. M. Steele dans sa...) magnétron sur un mince film d'or. Elle a pour propriété d'absorber complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou...) l'onde optique incidente, ce qui augmente nettement la sensibilité.

Ainsi, le nouveau capteur est capable de mesurer des concentrations de l'ordre de 10-15 mole par litre (Le litre (du grec λίτρα lítra, ancienne mesure de capacité...), soit une sensibilité mille fois supérieure à celle des capteurs SPR actuels.

L'équipe poursuit ses travaux afin d'améliorer la spécificité du capteur pour différents biomarqueurs. Un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) se focalise sur l'utilisation du nouveau capteur pour détecter la présence de biomarqueurs de cancers, en collaboration avec le laboratoire CAPTuR de l'université de Limoges (L’Université de Limoges est une université française pluridisciplinaire...).

Notes:
1 - En collaboration avec: Department of Biomedical Engineering, The Chinese University of Hong Kong (Devise nationale : Sapientia et Virtus), (Chine) Department of Applied Physics and Applied Mathematics, Columbia University, New York (New York , en anglais New York City (officiellement, City of New York) pour la distinguer de...) (Etats-Unis) Institute for Integrative Nanosciences, IFW Dresden (Allemagne) Faculté de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Limoges (France)
2 - Un matériau à changement de phase comme GST (Ge2Sb2Te5) peut passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) de l'état amorphe à l'état cristallin sous l'action d'une impulsion optique, ce qui modifie sensiblement ses propriétés optiques.


Références:
Targeted Sub-Attomole Cancer Biomarker Detection Based on Phase Singularity 2D Nanomaterial-Enhanced Plasmonic Biosensor
Y. Wang, S. Zeng, A. Crunteanu, Z. Xie, G. Humbert, L. Ma, Y. Wei, A. Brunel, B. Bessette, J-C. Orlianges, F. Lalloué, O. G. Schmidt, N. Yu & H-P. Ho.
Nano-Micro Letters 2021
DOI: https://doi.org/10.1007/s40820-021-00613-7
Article disponible sur les bases d'archives ouvertes HAL et arXiv.

Contacts:
- Shuwen Zeng - Chargée de recherche CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...), Laboratoire Xlim (CNRS/ Université de Limoges) - shuwen.zeng at xlim.fr
- Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) INSIS - insis.communication at cnrs.fr
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.358 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique