Un capteur chimique portable aussi bon que l'or

Un nouveau capteur chimique Raman fabriqué à partir de fils d'or en forme de nouilles

27.06.2022 - Japon

Les chercheurs ont créé un capteur spécial ultrafin, filé à partir d'or, qui peut être fixé directement sur la peau sans irritation ni gêne. Le capteur peut mesurer différents biomarqueurs ou substances pour effectuer des analyses chimiques sur le corps. Il fonctionne grâce à une technique appelée spectroscopie Raman, dans laquelle la lumière laser dirigée vers le capteur est légèrement modifiée en fonction des substances chimiques présentes sur la peau à ce moment-là. Le capteur peut être réglé avec précision pour être extrêmement sensible, et il est suffisamment robuste pour être utilisé dans la pratique.

La technologie portable n'a rien de nouveau. Vous, ou l'un de vos proches, portez peut-être une smartwatch. Nombre d'entre elles peuvent surveiller certaines questions de santé, comme la fréquence cardiaque, mais elles ne peuvent pas, pour l'instant, mesurer les signatures chimiques qui pourraient être utiles au diagnostic médical. Les smartwatches ou les moniteurs médicaux plus spécialisés sont également relativement encombrants et souvent assez coûteux. Face à ces lacunes, une équipe composée de chercheurs du département de chimie de l'université de Tokyo a cherché un nouveau moyen de détecter diverses conditions de santé et questions environnementales de manière non invasive et rentable.

"Il y a quelques années, j'ai découvert une méthode fascinante de production de composants électroniques extensibles robustes, proposée par un autre groupe de recherche de l'université de Tokyo", explique Limei Liu, chercheur invité à l'époque de l'étude et actuellement maître de conférences à l'université de Yangzhou, en Chine. "Ces dispositifs sont fabriqués à partir de fils ultrafins recouverts d'or et peuvent donc être fixés à la peau sans problème, car l'or ne réagit pas avec la peau et ne l'irrite en aucune façon. En tant que capteurs, ils étaient toutefois limités à la détection du mouvement, et nous cherchions quelque chose qui puisse détecter des signatures chimiques, des biomarqueurs et des médicaments. Nous avons donc exploité cette idée et créé un capteur non invasif qui a dépassé nos attentes et nous a incités à explorer les moyens d'améliorer encore sa fonctionnalité."

Le principal composant du capteur est la fine maille d'or, car l'or est non réactif, ce qui signifie que lorsqu'il entre en contact avec une substance que l'équipe souhaite mesurer - par exemple un biomarqueur de maladie potentiel présent dans la sueur - il ne modifie pas chimiquement cette substance. En revanche, comme la maille d'or est très fine, elle peut offrir une surface étonnamment grande à laquelle le biomarqueur peut se fixer, et c'est là que les autres composants du capteur entrent en jeu. Lorsqu'un laser de faible puissance est dirigé vers la maille d'or, une partie de la lumière laser est absorbée et une autre est réfléchie. La plupart de la lumière réfléchie a la même énergie que la lumière entrante. Cependant, une partie de la lumière entrante perd de l'énergie au profit du biomarqueur ou d'une autre substance mesurable, et l'écart d'énergie entre la lumière réfléchie et la lumière incidente est propre à la substance en question. Un capteur appelé spectromètre peut utiliser cette empreinte énergétique unique pour identifier la substance. Cette méthode d'identification chimique est connue sous le nom de spectroscopie Raman.

"Actuellement, nos capteurs doivent être finement réglés pour détecter des substances spécifiques, et nous souhaitons pousser encore plus loin la sensibilité et la spécificité à l'avenir", a déclaré le professeur adjoint Tinghui Xiao. "Grâce à cela, nous pensons que des applications telles que la surveillance du glucose, idéale pour les personnes souffrant de diabète, ou même la détection de virus, pourraient être possibles."

"Il existe également un potentiel pour que le capteur fonctionne avec d'autres méthodes d'analyse chimique que la spectroscopie Raman, comme l'analyse électrochimique, mais toutes ces idées nécessitent beaucoup plus d'investigations", a déclaré le professeur Keisuke Goda. "Quoi qu'il en soit, j'espère que cette recherche pourra déboucher sur une nouvelle génération de biocapteurs à faible coût qui pourront révolutionner la surveillance de la santé et réduire le fardeau financier des soins de santé."

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