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Sensibilité record pour la pesée de molécules avec de la lumière

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Sensibilité record pour la pesée de molécules avec de la lumière

Grâce à la lumière, cette balance optique permet une pesée précise des molécules

© Julien PROUST - ICD UTT.

Une balance optique développée par des chercheurs de l’Institut Charles Delaunay est capable de détecter des quantités infimes de petites molécules. Sa sensibilité atteint 4 milliardièmes de milliardièmes de milligrammes

4 zeptogrammes. Soit 4 milliardièmes de milliardièmes de milligrammes. Voilà la sensibilité atteinte par la balance de pesage moléculaire optique mise au point par des chercheurs de l’Institut Charles Delaunay (CNRS et Université de technologie de Troyes).

Un niveau record pour les capteurs plasmoniques, correspondant à la détection d’à peine une trentaine de molécules de pyridine (C5H5N) dans l’expérience des chercheurs. De quoi ouvrir la voie à la détection de très petites molécules.

La balance optique s’appuie sur le phénomène de résonance localisée de plasmon de surface qui se produit dans des nanoparticules métalliques lorsqu’elles sont éclairées par de la lumière. Ce phénomène d’oscillations collectives d’électrons se traduit par l’absorption d’une fréquence lumineuse précise, qui dépend de l’environnement immédiat de la nanoparticule. En particulier, quand des molécules se déposent sur la nanoparticule, cela change cette fréquence.

Changement de couleur de nanoparticules

Autrement dit, le dépôt de molécules modifie la couleur de la nanoparticule. Observer le changement de couleur de la nanoparticule permet ainsi, après calibration via des simulations numériques électrodynamiques, d’en déduire la quantité de molécules déposées sur la nanoparticule.

Ces balances optiques étaient jusqu’ici plutôt réservées à la détection de grosses molécules, comme les protéines. La précision de cette balance est possible grâce à l’assemblage en pyramide de microlentilles gravées dans du verre. Au sommet sont positionnées les deux nanoparticules d’or assurant la détection.

Une pyramide de verre pour concentrer la lumière

La lumière arrivant par la base de la pyramide, celle-ci concentre la lumière sur son sommet, donc sur les nanoparticules. « Cela apporte, à température ambiante, une précision et un rapport signal-bruit bien meilleurs, du niveau de ceux de technologies fonctionnant sous vide et à basse température », avance  Julien Proust, enseignant-chercheur à l’Université de technologie de Troyes, coauteur de ces travaux publiés dans ACS Sensors, le 8 février dernier.

D’une largeur de 4 microns, ce capteur pourrait permettre une miniaturisation des systèmes de détection rapide de molécules automatisés pour des polluants de très petite taille  ou dans le cadre de la recherche médicale comme la détection de marqueurs cancéreux.

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