Dispositif optique miniaturisé comptant biomolécules par analyse d'image avancée

Vers médecine personnalisée : détection biomoléculaire ultra-sensible

La promesse de la médecine personnalisée implique un dispositif simple tenant chaque personne informée de son niveau de santé, identifiant même quantités infimes de biomarqueurs indésirables dans sang ou salive, servant de système d'alerte précoce pour maladies.

Un dispositif a été développé consistant en une puce optique ultra-fine et miniaturisée qui, 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 déterminer leur localisation.

Technologie métasurfaces et hotspots optiques

La technologie repose sur les métasurfaces — feuilles de matériaux artificiels couvertes de millions d'éléments nano-dimensionnés disposés spécifiquement. À une certaine fréquence, ces éléments squeezent la lumière en volumes extrêmement petits, créant des « hotspots » optiques ultrasensibles. Quand la lumière brille sur la métasurface et frappe une molécule à un hotspot, la molécule est détectée immédiatement ; en fait, la molécule se trahit elle-même en changeant la longueur d'onde de la lumière qui la frappe.

En utilisant différentes lumières colorées sur la métasurface et prenant une photo à chaque fois avec une caméra CMOS, les chercheurs peuvent compter le nombre de molécules dans un échantillon et apprendre exactement ce qui se passe sur la puce capteur. Des outils de data science intelligents analysent ensuite les millions de pixels CMOS obtenus via ce processus et identifient des tendances. Les chercheurs ont démontré la capacité à détecter et imager non seulement des biomolécules individuelles aux hotspots mais même une feuille de graphène monocouche d'un atome d'épaisseur.

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