Des chercheurs de l’Université Jiao Tong de Shanghai (SJTU) ont développé un système microfluidique de spectroscopie Raman à surface améliorée (SERS) hautement sensible et réutilisable qui a atteint une limite de détection inférieure à 10 ppt (parties par billion) de substances nocives.
Le travail, signalé dans le Journal international de fabrication extrêmepourrait élargir les applications de la détection microfluidique ultrasensible, efficace et peu coûteuse dans le diagnostic biomédical, la surveillance environnementale et la sécurité alimentaire.
L’intégration de nanoparticules plasmoniques dans des puces microfluidiques avec une précision et une stabilité élevées est la base d’une détection hautement sensible et réutilisable.
« Comment assembler des nanoparticules bien conçues dans des microcanaux est un problème crucial », a déclaré le Dr Yongxiang Hu, premier auteur de l’article et professeur à l’École de génie mécanique de la SJTU.
« Dans la plupart des recherches, le substrat actif SERS est fabriqué séparément à l’avance, puis intégré aux puces microfluidiques, ce qui présente une faible efficacité de fabrication et des coûts élevés. Nous devons trouver une technique rapide et abordable. Nous nous disons alors : pourquoi ne pas implanter des nanoparticules directement dans le microcanal ? »
Ces dernières années, la structuration directe par laser femtoseconde a été utilisée pour développer de nombreux systèmes SERS microfluidiques à haute sensibilité, offrant diverses voies de fabrication d’interfaces SERS-actives flexibles.
Les nanoparticules peuvent être synthétisées dans des microcanaux pour la détection SERS avec une résolution aussi faible que 10-10 mol/L en utilisant la photoréduction induite par laser. Cependant, les nanoparticules réduites par laser sont susceptibles de s’oxyder lorsqu’elles sont exposées à l’air, ce qui affecte leur durée de vie. De plus, les structures fabriquées par laser sont difficiles à contrôler de manière uniforme, ce qui limite l’amélioration de la sensibilité et de la reproductibilité.
En utilisant la technologie de transfert direct induit par laser femtoseconde (fs-LIFT), les chercheurs ont implanté la nanoparticule dans un réseau carré avec un pas uniforme d’environ 400 nm, obtenant une déviation moyenne de seulement 3 %. Une amélioration remarquable du champ électromagnétique a permis d’obtenir une limite de détection inférieure à 10-11 mol/L. De plus, le réseau fabriqué présente une excellente réutilisabilité après plusieurs nettoyages physiques et chimiques, en raison de l’intégration robuste des nanoparticules implantées par fs-LIFT.
Grâce à sa grande stabilité et à sa sensibilité, les chercheurs ont utilisé cette méthode pour fabriquer un système microfluidique SERS et surveiller la réaction d’oxydation en ligne, ce qui les aide à déduire le chemin de réaction.
Les chercheurs poursuivent leurs travaux, espérant améliorer encore la sensibilité en réduisant la taille des particules et leur pas. Ils espèrent que cette technologie sera utilisée dans la détection biomédicale pour le dépistage et le diagnostic des maladies à l’avenir.
Plus d’informations :
Yongxiang Hu et al, Implantation de nanoparticules induite par laser femtoseconde dans un substrat flexible pour une détection SERS microfluidique sensible et réutilisable, Journal international de fabrication extrême (2024). DOI: 10.1088/2631-7990/ad48e9
Fourni par l’International Journal of Extreme Manufacturing