Des nanofils supraconducteurs détectent des ions protéiques uniques
Efficacité de détection 1 000 fois supérieure à celle des détecteurs d'ions conventionnels grâce à une sensibilité élevée
Une équipe de recherche internationale dirigée par le physicien quantique Markus Arndt (Université de Vienne) a réalisé une percée dans la détection des ions de protéines : Grâce à leur grande sensibilité à l'énergie, les détecteurs à nanofils supraconducteurs atteignent une efficacité quantique de près de 100 % et dépassent l'efficacité de détection des détecteurs d'ions conventionnels à basse énergie d'un facteur pouvant aller jusqu'à 1 000. Contrairement aux détecteurs classiques, ils peuvent également distinguer les macromolécules en fonction de leur énergie d'impact. Cela permet une détection plus sensible des protéines et fournit des informations supplémentaires en spectrométrie de masse. Les résultats de cette étude ont été récemment publiés dans la revue Science Advances.
Comptage de protéines individuelles à l'aide d'un nanofil supraconducteur. L'arrière-plan et le nanofil sont modifiés dans Photoshop à l'aide de la fonction Generative Fill AI. (Insuline humaine PDB:3I40).
Copyright: CC BY-ND 4.0 Quantum Nanophysics University of Vienna
La détection, l'identification et l'analyse des macromolécules sont intéressantes dans de nombreux domaines des sciences de la vie, notamment la recherche sur les protéines, le diagnostic et l'analyse. La spectrométrie de masse est souvent utilisée comme système de détection - une méthode qui sépare généralement les particules chargées (ions) en fonction de leur rapport masse/charge et mesure l'intensité des signaux générés par un détecteur. Cette méthode fournit des informations sur l'abondance relative des différents types d'ions et donc sur la composition de l'échantillon. Toutefois, les détecteurs conventionnels n'ont pu atteindre une efficacité de détection et une résolution spatiale élevées que pour les particules ayant une énergie d'impact élevée. Une équipe internationale de chercheurs a maintenant surmonté cette limitation en utilisant des détecteurs à nanofils supraconducteurs.
Des forces unies pour les particules de faible énergie
Dans la présente étude, un consortium européen coordonné par l'Université de Vienne, avec des partenaires à Delft (Single Quantum), Lausanne (EPFL), Almere (MSVision) et Bâle (Université), démontre pour la première fois l'utilisation de nanofils supraconducteurs comme excellents détecteurs pour les faisceaux de protéines dans la spectrométrie de masse dite quadripolaire. Les ions de l'échantillon à analyser sont introduits dans un spectromètre de masse quadripolaire où ils sont filtrés. "Si nous utilisons maintenant des nanofils supraconducteurs au lieu de détecteurs conventionnels, nous pouvons même identifier les particules qui frappent le détecteur avec une faible énergie cinétique", explique Markus Arndt, chef de projet du groupe de nanophysique quantique de la faculté de physique de l'université de Vienne. Cela est possible grâce à une propriété matérielle particulière (la supraconductivité) des détecteurs à nanofils.
La supraconductivité au service de la détection
La clé de cette méthode de détection réside dans le fait que les nanofils entrent dans un état supraconducteur à très basse température, dans lequel ils perdent leur résistance électrique et permettent un flux de courant sans perte. L'excitation des nanofils supraconducteurs par des ions entrants provoque un retour à l'état conducteur normal (transition quantique). La modification des propriétés électriques des nanofils au cours de cette transition est interprétée comme un signal de détection. "Avec les détecteurs à nanofils que nous utilisons", explique le premier auteur Marcel Strauß, "nous exploitons la transition quantique de l'état supraconducteur à l'état conducteur normal et nous pouvons ainsi surpasser les détecteurs d'ions conventionnels de trois ordres de grandeur". En effet, les détecteurs à nanofils ont un rendement quantique remarquable à des énergies d'impact exceptionnellement faibles et redéfinissent les possibilités des détecteurs conventionnels : "En outre, un spectromètre de masse adapté à un tel capteur quantique peut non seulement distinguer les molécules en fonction de leur masse et de leur état de charge, mais aussi les classer en fonction de leur énergie cinétique. Cela améliore la détection et offre la possibilité d'avoir une meilleure résolution spatiale", explique Marcel Strauß. Les détecteurs à nanofils peuvent trouver de nouvelles applications en spectrométrie de masse, en spectroscopie moléculaire, en déflectométrie moléculaire ou en interférométrie quantique des molécules, où une grande efficacité et une bonne résolution sont requises, en particulier à faible énergie d'impact.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Marcel Strauß, Armin Shayeghi, Martin F. X. Mauser, Philipp Geyer, Tim Kostersitz, Julia Salapa, Oleksandr Dobrovolskiy, Steven Daly, Jan Commandeur, Yong Hua, Valentin Köhler, Marcel Mayor, Jad Benserhir, Claudio Bruschini, Edoardo Charbon, Mario Castaneda, Monique Gevers, Ronan Gourgues, Nima Kalhor, Andreas Fognini, Markus Arndt; "Highly sensitive single-molecule detection of macromolecule ion beams"; Science Advances, Volume 9
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