Biosenseur ultrasensible au graphène améliore la détection des maladies protéiques

Des biosenseurs ultrasensibles pour sonder les structures protéiques pourraient grandement améliorer la profondeur du diagnostic pour une grande variété de maladies s'étendant aux humains et aux animaux. Celles-ci incluent la maladie d'Alzheimer, la maladie débilitante chronique et la maladie de la vache folle — des troubles liés au mauvais pliage des protéines. De tels biosenseurs pourraient également mener à des technologies améliorées pour le développement de nouveaux composés pharmaceutiques.

Le graphène, un matériau fait d'une seule couche d'atomes de carbone, a été découvert il y a plus d'une décennie. Il a fasciné les chercheurs avec sa gamme de propriétés étonnantes qui ont trouvé des utilisations dans de nombreuses nouvelles applications, y compris la création de meilleurs capteurs pour la détection des maladies. Des tentatives significatives ont été faites pour améliorer les biosenseurs en utilisant le graphène, mais le défi existe avec son épaisseur remarquable d'un seul atome. Cela signifie qu'il n'interagit pas efficacement avec la lumière lorsqu'on la fait briller à travers. L'absorption de lumière et la conversion en champs électriques locaux est essentielle pour détecter de petites quantités de molécules lors du diagnostic des maladies. Les recherches précédentes utilisant des nano-structures de graphène similaires n'ont démontré qu'un taux d'absorption de lumière de moins de 10 pour cent.

Des chercheurs ont combiné le graphène avec des rubans métalliques nano-dimensionnés d'or. En utilisant du ruban adhésif et une technique de nanofabrication appelée « décollement de modèle » (template stripping), ils ont pu créer une surface de base ultra-plane pour le graphène. L'énergie de la lumière a ensuite été utilisée pour générer un mouvement de va-et-vient d'électrons dans le graphène, appelés plasmons, qui sont comme des vagues ou des ondulations se propageant dans une mer d'électrons. De même, ces vagues peuvent s'intensifier en vagues géantes de champs électriques locaux.

En faisant briller la lumière sur le dispositif à couche de graphène d'un atome d'épaisseur, une onde de plasmon a été créée avec une efficacité sans précédent à une absorption de lumière quasi-parfaite de 94 pour cent en vagues géantes de champ électrique. Lorsque des molécules de protéines ont été insérées entre le graphène et les rubans métalliques, assez d'énergie a été exploitée pour visualiser des couches uniques de molécules de protéines.