Peser des molécules avec de la lumière
Publié par Adrien le 11/05/2019 à 08:00
Source: CNRS INSIS
À l'aide de capteurs combinant des microlentilles et des nano-objets, des chercheurs de l'Institut Charles Delaunay ont détecté des quantités infimes de molécules allant jusqu'au zeptogramme (10^-21 g). Cette valeur record pour des capteurs plasmoniques (utilisant la lumière) offre de nouvelles perspectives dans le domaine encore largement inexploré de la détection des très petites molécules. Ces travaux ont été publiés dans la revue ACS Sensors.


Dispositif expérimental © Julien PROUST - ICD UTT

Depuis plusieurs décennies, la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) en plasmonique montre qu'il est possible d'utiliser des nanoparticules métalliques comme capteur (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une...) de détection de molécules diverses. La sensibilité de ces capteurs repose sur la réponse optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) des nanoparticules métalliques à leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels,...) immédiat. Jusqu'à présent, les molécules détectées par ces systèmes étaient relativement grosses telles que des protéines associées aux marqueurs de différents cancers (quelques dizaines de nanomètres).

Des chercheurs de l'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 Theoretical Physics est un...) Charles Delaunay (CNRS/Université de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) Troyes) ont développé une balance optique ayant une sensibilité au zeptogramme (10^-21 g). Cette valeur record est rendue possible grâce à l'assemblage de microlentilles pyramidales gravées dans du verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est...) et de deux nanoparticules d'or positionnées à leur sommet. Éclairée par la base, la pyramide (Une pyramide (du grec pyramis) à n côtés est un polyèdre formé en reliant une base polygonale de n côtés à un point, appelé...) concentre la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) en son sommet et éclaire, de façon plus efficace, le nano-objet sur lequel se déposent les molécules à mesurer. Ce dispositif permet d'obtenir une précision de détection à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) ambiante rivalisant avec des technologies de pointe qui fonctionnent généralement sous vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) et à basse température. Il améliore également le rapport signal-bruit et diminue ainsi le risque de faux positifs. Testés ici sur des molécules de pyridine, ces nano-capteurs peuvent servir à la mesure de n'importe quelle molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière...). Ce nouveau système peut être considéré comme une balance de pesage moléculaire optique qui offre de nouvelles perspectives pour la détection rapide de molécules en solution telles que des polluants de très petite taille.

Références:

Detecting a zeptogram of pyridine with a hybrid plasmonic-photonic nanosensor.
J. Proust, J. Martin, D. Gerard, J-L. Bijeon, J. Plain.
ACS Sensors, (2019)
DOI: 10.1021/acssensors.8b01068
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