Appareil combinant optique et analyse d'image pour compter les biomolécules

La promesse de la médecine personnalisée implique un dispositif simple qui tient chaque personne informée de son état de santé, identifie même des traces de biomarqueurs indésirables dans le sang ou la salive et sert de système d'alerte précoce pour les maladies.

Un appareil a été développé qui consiste en une puce optique ultra-mince et miniaturisée qui, lorsqu'elle est couplée à une caméra CMOS standard et alimentée par analyse d'image, est capable de compter les biomolécules une par une dans un échantillon et de déterminer leur emplacement.

La technologie est basée sur des métasurfaces - des feuilles de matériaux artificiels recouvertes de millions d'éléments nanométriques disposés de manière spéciale. À une certaine fréquence, ces éléments sont capables de comprimer la lumière dans des volumes extrêmement petits, créant des «points chauds» optiques ultrasensibles. Lorsque la lumière brille sur la métasurface et frappe une molécule à l'un de ces points chauds, la molécule est détectée immédiatement; en fait, la molécule se trahit en changeant la longueur d'onde de la lumière qui la frappe.

En utilisant différentes lumières colorées sur la métasurface et en prenant une photo à chaque fois avec une caméra CMOS, les chercheurs sont capables de compter le nombre de molécules dans un échantillon et d'apprendre exactement ce qui se passe sur la puce du capteur. Des outils intelligents de science des données sont ensuite utilisés pour analyser les millions de pixels CMOS obtenus via ce processus et identifier les tendances. Les chercheurs ont démontré la capacité de détecter et d'imager non seulement des biomolécules individuelles aux points chauds, mais même une seule feuille de graphène d'un seul atome d'épaisseur.

Une deuxième version du système a été développée dans laquelle les métasurfaces sont programmées pour résonner à différentes longueurs d'onde dans différentes régions. La technique est plus simple mais aussi moins précise dans la localisation des molécules.