Les biomarqueurs sont de petites molécules qui intéressent les chercheurs, car elles peuvent indiquer des maladies sous-jacentes, souvent avant même l’apparition des symptômes. Cependant, la détection de ces marqueurs peut s’avérer difficile car ils sont souvent présents en très faibles quantités, notamment aux premiers stades d’une maladie. Les méthodes de détection traditionnelles, bien qu’efficaces, nécessitent généralement des composants coûteux comme des prismes, des films métalliques ou des objectifs optiques.
Dans un article récent publié dans Lettres de physique appliquéedes chercheurs de l’Université de l’Illinois Urbana-Champaign ont dévoilé une nouvelle approche pour détecter de faibles concentrations de biomarqueurs, ouvrant la voie à une technologie de biodétection simple à utiliser, très sensible et étonnamment abordable.
« L’objectif de cette technologie est le diagnostic précoce, afin de pouvoir détecter très tôt les molécules associées à des maladies à de très faibles concentrations, parfois quelques molécules par million », a déclaré Seemesh Bhaskar, chercheur postdoctoral au laboratoire de Brian Cunningham et premier auteur. sur l’étude. « La recherche de très petites concentrations de micro-ARN, d’ADN tumoral circulant et d’exosomes, par exemple, peut aider à déterminer si un patient développera un cancer dans un ou deux ans. »
La détection précoce des biomarqueurs est cruciale pour prédire et gérer efficacement les maladies. Il existe de nombreuses stratégies pour mesurer la présence et la concentration de biomarqueurs, mais une approche courante consiste à les lier à une molécule fluorescente, appelée fluorophore, qui émet une fluorescence lorsqu’elle est excitée par la lumière.
Bhaskar a noté que même s’il existe des technologies capables de détecter ces faibles niveaux de biomarqueurs fluorescents, elles sont souvent encombrantes et coûteuses, ce qui limite leur accessibilité dans les soins de santé, en particulier dans les zones à ressources limitées.
L’approche englobe un nouveau phénomène de détection de la lumière, appelé résonance en mode guidé rayonnant, qui utilise des cristaux photoniques – de minces morceaux de verre avec de petits réseaux à la surface. Ces réseaux aident à diriger les photons, qui sont de petites particules de lumière, émises par les biomarqueurs le long d’un chemin via un effet de direction. Cette voie est « réglée » pour correspondre à la longueur d’onde de la fluorescence émise par les biomarqueurs, optimisant ainsi la collecte de lumière et améliorant la sensibilité de détection.
Bhaskar compare cela à une danse rythmique de l’énergie lumineuse dans le cristal, où la lumière est amplifiée tout en acquérant les propriétés du cristal photonique. Une propriété du cristal, appelée sélection de polarisation, égalise la polarisation de la lumière, permettant ainsi une détection plus claire et plus précise de la fluorescence. Ensemble, cela peut donner lieu à un rendement 100 fois plus puissant.
« Pour moi, c’est une toute nouvelle façon d’examiner les propriétés de la lumière elle-même », a déclaré Bhaskar. « Les photons s’adaptent, changent et évoluent lorsqu’ils traversent le cristal photonique. La lumière acquiert de nouvelles caractéristiques sans perdre son essence. C’est un témoignage de l’adaptabilité et du pouvoir transformateur de la lumière. »
La découverte de ce nouveau phénomène ouvre la voie à de futures plates-formes de détection qui seront capables de détecter des molécules à des niveaux picomolaires sans recourir à des composants coûteux, rendant ainsi la technologie de biodétection plus sensible, accessible et abordable.
Plus d’information:
Seemesh Bhaskar et al, Émission de direction améliorée couplée à des cristaux photoniques : une approche sans perte, sans prisme, sans objectif et sans métal pour la biodétection, Lettres de physique appliquée (2024). DOI : 10.1063/5.0203999