Puce de capteur chimique à limite quantique permettant une détection rapide et précise de composés traces

Des chercheurs de l'Université de Buffalo rapportent une avancée d'une puce de détection chimique qui pourrait mener à des dispositifs portables détectant des produits chimiques traces — de drogues illicites à la pollution — aussi rapidement qu'un éthylomètre identifie l'alcool.

La puce pourrait aussi avoir des utilisations dans la surveillance de la sécurité alimentaire, l'anti-contrefaçon et d'autres domaines où les produits chimiques traces sont analysés.

Le travail s'appuie sur des recherches précédentes du laboratoire du Professeur Qiaoqiang Gan qui impliquaient la création d'une puce qui piège la lumière aux bords de nanoparticules d'or et d'argent. Lorsque des molécules biologiques ou chimiques se déposent sur la surface de la puce, une partie de la lumière capturée interagit avec les molécules et est « diffusée » en lumière de nouvelles énergies. Cet effet se produit selon des motifs reconnaissables qui agissent comme des empreintes digitales de molécules chimiques ou biologiques, révélant des informations sur les composés présents.

Puisque tous les produits chimiques ont des signatures de diffusion de lumière uniques, la technologie pourrait éventuellement être intégrée dans un dispositif portable pour détecter des drogues dans le sang, l'haleine, l'urine et d'autres échantillons biologiques. Elle pourrait aussi être incorporée dans d'autres dispositifs pour identifier des produits chimiques dans l'air ou l'eau, ainsi que d'autres surfaces. La méthode de détection s'appelle la spectroscopie Raman amplifiée de surface (SERS).

Bien qu'efficace, la puce que le groupe Gan a créée précédemment n'était pas uniforme dans sa conception. Parce que l'or et l'argent étaient espacés de manière inégale, cela pouvait rendre les molécules diffusées difficiles à identifier, surtout si elles apparaissaient à différents endroits de la puce. Gan et une équipe de chercheurs ont travaillé pour remédier à ce défaut.

L'équipe a utilisé quatre molécules (BZT, 4-MBA, BPT et TPT), chacune avec des longueurs différentes, dans le processus de fabrication pour contrôler la taille des espaces entre les nanoparticules d'or et d'argent. Le processus de fabrication mis à jour est basé sur deux techniques, le dépôt de couches atomiques et les monocouches auto-assemblées, par opposition à la méthode plus courante et coûteuse pour les puces SERS, la lithographie par faisceau d'électrons.

Le résultat est une puce SERS avec une excellente uniformité qui est relativement peu coûteuse à produire. Plus important encore, elle approche les capacités de détection à limite quantique, dit Gan — un défi pour les puces SERS conventionnelles.