L’extrême précision et la vitesse des tirs à longue portée de Stephen Curry à trois points de la NBA sont bien connues des fans de basket-ball du monde entier, mais la précision et la vitesse sont également au centre des recherches sur les tests biochimiques. Le Dr Yen Ta-Jen, professeur au Département de science et d’ingénierie des matériaux, Université nationale Tsing Hua, Taïwan, a publié un article sur la diffusion Raman par résonance améliorée de surface UV profonde (DUV-SERRS) dans le Journal de l’American Chemical Society, dans lequel il révise les conceptions sur la diffraction de la lumière en créant également une application spectrale rapide et précise. Il fait actuellement l’objet d’essais cliniques pour une utilisation dans le dépistage rapide du cancer et d’autres maladies, et a également des applications potentielles dans des domaines tels que le dépistage du génome, le génie biomédical, la synthèse de polymères, la médecine légale, la sécurité environnementale et alimentaire, les produits pharmaceutiques et l’analyse des matériaux.
Le Dr Yen explique la technologie clé pour modifier la diffraction normale de la lumière en se référant à l’ouverture et à la fermeture d’un store. Lorsque le store est fermé, il empêche la lumière d’entrer dans la pièce, ce qui l’assombrit. Cependant, avec le substrat que le Dr Yen a développé, la lumière n’est pas entravée par de tels obstacles, mais devient plus brillante. Le Dr Yen a déclaré que sa percée est le résultat de 18 années de recherche systématique et continue. Des cavités géométriques à l’échelle nanométrique réalisées sur un substrat de plaque d’aluminium monocristallin provoquent un comportement de la lumière d’une manière qu’il ne fait pas normalement – il s’agit de la diffraction résonnante, qui permet de développer des applications de détection simples, rapides, répétables, sans étiquette et ultra-sensible. De plus, alors que les autres substrats rapportés dans les articles du SERRS n’ont qu’un à quatre pics Raman, le substrat conçu par le Dr Yen en a sept à neuf, ce qui améliore considérablement les résultats.
Parmi les nombreuses applications des détecteurs figurent la surveillance de la pollution, la sécurité alimentaire, la biomédecine et les enquêtes sur les scènes de crime ; parmi les nombreuses méthodes de détection se trouve l’infrarouge. La spectroscopie Raman est non invasive et moins sensible que l’infrarouge aux interférences externes de substances telles que l’eau et le dioxyde de carbone, mais n’est pas aussi sensible. De plus, la section efficace de la diffusion Raman est petite, de sorte que son analyse par spectroscopie nécessite un grand nombre d’échantillons, ce qui entrave l’application pratique.
Ces dernières années, les chercheurs ont développé une technique appelée diffusion Raman améliorée de surface (SERS), qui utilise la résonance plasmon de surface localisée pour améliorer la sensibilité de détection par des ordres de grandeur grâce à l’interaction de la lumière et de la matière. Mais pour la détection de molécules uniques, la technologie SERS est encore loin d’être suffisante, c’est ce qui a poussé le Dr Yen à proposer une solution innovante, consistant à augmenter la fréquence d’excitation de la résonance plasmonique de surface pour induire l’effet de diffusion par résonance Raman. De cette manière, il a réussi à développer une technique de diffusion Raman résonnante à surface améliorée (SERRS) qui peut atteindre la bande ultraviolette profonde (DUV, longueur d’onde de 266 nm).
Cette technologie de détection unique et ultra-sensible est sans étiquette et possède un fort champ électromagnétique local et un effet de transfert de charge, de sorte qu’elle peut détecter une gamme extrêmement large de substances, y compris l’acide nucléique, les protéines, les substances chimiques, les rayons ultraviolets dans l’extérieur l’espace, et même la poudre à canon utilisée dans la guerre ukraino-russe. Même avec le monomère adénine (base A), d’une épaisseur de seulement 1 nm, son facteur d’amplification Raman peut atteindre 106 fois dans l’ultraviolet profond, établissant un nouveau record mondial. Le signal SERRS très amélioré de l’ADN ss 12-mer proposé pour la première fois par le Dr Yen convient pour une utilisation avec tous les types de bases d’acide nucléique, ainsi que leurs mutations séquentielles ; cette mutation mesurée démontre une relation linéaire avec la quantité de sa base A, qui peut être utilisée comme application de détection quantitative.
Cette technologie révolutionnaire est maintenant rigoureusement testée dans des essais cliniques. Dans le même temps, le Dr Yen développe une version à faible coût qui peut être utilisée par les consommateurs pour tester les produits pour des niveaux excessifs de produits chimiques agricoles résiduels.
Abhishek Dubey et al, Démonstration d’un substrat de diffusion Raman à résonance améliorée par surface UV profonde (SERRS) supérieur et détection de mutation à base unique dans les oligonucléotides, Journal de l’American Chemical Society (2021). DOI : 10.1021/jacs.1c09762