Une nouvelle publication de Avancées optoélectroniques traite de la détection de traces sans étiquette de biomolécules par diffusion Raman améliorée par surface assistée par liquide à l’aide d’une puce microfluidique.
La diffusion Raman améliorée par la surface (SERS) a attiré l’attention en biotechnologie. Cela est dû à sa grande sensibilité à la résonance plasmon de surface localisée des métaux nanostructurés. La détection de traces de biomolécules de poids moléculaire élevé reste difficile car le traitement du substrat SERS à l’aide d’agents de couplage ou de réticulation est nécessaire. Les chercheurs ont appliqué le SERS assisté par interface liquide pour réaliser une détection de traces sans étiquette de biomolécules. Les résultats suggèrent qu’il est prometteur pour le diagnostic précoce de l’infection virale et de la maladie d’Alzheimer.
La diffusion Raman améliorée en surface (SERS), basée sur un effet optique de champ proche induit par le plasmon de surface de nanoparticules ou de nanostructures de métaux nobles excitées par un rayonnement laser, amplifie les signaux Raman jusqu’à 1014 fois par rapport au Raman ordinaire. En raison de son intensité accrue, la technique SERS continue de susciter un intérêt croissant pour la détection à l’état de traces et l’analyse des biomatériaux. Il a suscité un intérêt accru dans des domaines tels que l’imagerie des organites dans une seule cellule, le suivi des cellules cancéreuses et l’identification de biomarqueurs.
La technique SERS peut être utilisée dans le domaine biomédical pour le diagnostic de la maladie à un stade précoce et également dans le traitement des tumeurs. Bien que le facteur d’amélioration de SERS varie généralement de 106 à 108 en raison de l’utilisation de nouveaux substrats et méthodes SERS, la détection d’une seule molécule par SERS sans étiquette est impraticable en raison du clignotement SERS, l’origine de ce phénomène étant due à l’échappement des molécules d’analyte des points chauds. De plus, les biomolécules, y compris l’acide désoxyribonucléique (ADN) et les protéines, sont difficiles à détecter directement par SERS. Des traitements supplémentaires avec un substrat SERS sont nécessaires pour lier les biomolécules.
L’équipe de recherche a proposé LI-SERS, qui atteint un facteur d’amélioration SERS supérieur à 1014, bien supérieur à la méthode SERS habituelle. La puce SERS microfluidique comportait un substrat SERS Ag-Cu intégré dans un microcanal en verre intégré. Le traitement laser hybride femtoseconde (fs) a créé le microcanal de l’herbe.
Le traitement laser hybride fs permet la création de structures 3D plus complexes avec des fonctionnalités améliorées pour les biopuces, les capteurs et les dispositifs microélectroniques. Lorsque l’interface entre la solution d’analyte et l’air sur le substrat SERS dans le canal microfluidique a été irradiée par le laser d’excitation Raman, l’intensité du LI-SERS a été augmentée de six ordres de grandeur par rapport au SERS ordinaire. Le mécanisme de LI-SERS a été attribué à l’effet synergique du flux de Marangoni induit par l’irradiation laser et le piégeage optique. Cette irradiation laser dirigerait les molécules d’analyte vers les points chauds où les molécules collectées sont piégées par la force optique. Par conséquent, les molécules d’analyte ont été immobilisées sur le substrat SERS avec la réalisation d’une forte diffusion Raman.
Cette étude a démontré que la méthode LI-SERS est applicable pour une utilisation plus pratique. Il est particulièrement utile pour la détection de traces de biomolécules sans étiquette avec de grandes masses moléculaires, y compris les bases d’ADN, les séquences d’ADN et la β-amyloïde (Aβ). En raison de la sensibilité ultra élevée et de l’auto-immobilisation de LI-SERS, la discrimination des bases d’ADN et des séquences d’ADN avec une limite de détection de 1 fM a été obtenue sans nécessiter de traitements supplémentaires comportant des agents de couplage ou de réticulation. De plus, la technique LI-SERS peut détecter l’Aβ sans étiquette, un biomarqueur de la maladie d’Alzheimer, à des niveaux inférieurs à 1 pM, et avec une corrélation linéaire entre le signal Raman et la concentration d’Aβ dans la plage 1 nM-1 pM étant atteint. La capacité de biodétection sans étiquette du LI-SERS offre un grand potentiel pour le diagnostic précoce des maladies dans les cliniques.
En conclusion, les chercheurs ont donné un aperçu de la portée de la méthode LI-SERS pour la détection de traces de biomolécules dans des puces SERS microfluidiques avec une référence particulière à la détection d’ultra-traces de bases d’ADN et d’Aβ. Une interface liquide a pu se former dans le microcanal. Le flux Marangoni et les effets de piégeage optique induits par LI-SERS ont démontré une limite de détection de 1 fM pour les bases d’ADN sans étiquette. Les caractéristiques notables de la méthode LI-SERS, y compris la sensibilité et la polyvalence ultra-élevées associées à la collecte et à l’auto-immobilisation des molécules d’analyte sur les points chauds, seront bénéfiques pour les diagnostics de maladies à un stade précoce telles que les infections virales et la maladie d’Alzheimer.
Shi Bai et al, Détection de traces sans étiquette de biomolécules par diffusion Raman améliorée par surface assistée par interface liquide à l’aide d’une puce microfluidique, Avancées optoélectroniques (2022). DOI : 10.29026/oea.2022.210121
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