Des nano-capteurs extrêmement sensibles peuvent détecter des traces de molécules

Des chercheurs d’Utrecht ont développé un nouveau type de capteur, environ 500 fois plus petit que la largeur d’un cheveu humain, avec une capacité sans précédent à détecter de très petites quantités de molécules. Ces capteurs peuvent être utilisés pour détecter et identifier des traces de substances telles que des polluants chimiques ou des molécules importantes en médecine. Les capteurs utilisent la diffusion Raman, un phénomène qui donne des signaux si uniques pour différentes molécules qu’il est souvent appelé « empreinte moléculaire ». Dans leur publication en Matériaux fonctionnels avancésles chercheurs présentent la préparation et l’utilisation de ces minuscules capteurs.

Le chercheur principal, le professeur Alfons van Blaaderen, explique que leur « conception repose sur l’assemblage de nanotiges d’or, qui améliorent la diffusion Raman des molécules placées près de leurs pointes des dizaines de milliers de fois, dans un groupe sphérique plus grand dans lequel les signaux Raman sont encore plus loin Une étape cruciale dans la préparation consistait à envelopper d’abord chaque nanotige d’or dans son propre revêtement poreux protecteur. En contrôlant l’épaisseur et la porosité de ce revêtement, nous avons pu contrôler à quel point les nanotiges pouvaient être emballées ensemble, et avec quelle facilité ou il est difficile pour les molécules d’entrer dans le capteur. »

Petites gouttelettes d’eau

Rassembler les tiges revêtues dans un nano-capteur était un objectif clé pour les auteurs principaux Jessi van der Hoeven et Harith Guranarayanan. Van der Hoeven explique qu’ils « voulaient former de manière contrôlée un groupe sphérique à partir de ces tiges, où les soi-disant » points chauds « pour la diffusion Raman se chevaucheraient et amélioreraient encore plus les signaux Raman. Pour ce faire, nous avons mis les tiges dans petites gouttelettes d’eau. En évaporant lentement l’eau, les nanorods ont été forcés de s’emballer dans un assemblage sphérique.

Grâce à cette approche, les chercheurs ont pu préparer toute une gamme de nano-capteurs structurés différemment. Guranarayanan ajoute qu’ils « étaient ravis de voir que ces assemblages de nanorods n’étaient pas seulement de jolies structures, mais aussi très bons pour détecter de très petites quantités de molécules, mieux que les assemblages précédents de nanorods d’or ».

En raison des capacités d’empreinte digitale de l’analyse de diffusion Raman, ces supraparticules – particules constituées de nanoparticules – conviennent à de nombreuses applications, allant de l’étude des mécanismes chimiques en catalyse à la détection de traces de polluants chimiques et de molécules importantes en biologie ou en médecine. Il est important de mentionner que des équipements portables de diffusion Raman, relativement coûteux, sont déjà disponibles.

Bien que les supraparticules de détection réalisées aient surpassé les structures de détection Raman de nanotiges d’or rapportées précédemment, il est également excitant qu’il y ait encore beaucoup de place pour des améliorations importantes sur cette conception initiale. De nombreuses idées sont déjà explorées pour optimiser davantage la sensibilité et la fonctionnalité de ces assemblages. Ces capteurs supraparticulaires Raman ont au propre comme au figuré un bel avenir devant eux.