Améliorer les tests rapides grâce à la technologie du sandwich

À l’EPFL, des scientifiques ont mis en place un moyen de rendre les dispositifs de tests rapides, comme par exemple les tests du coronavirus, plus performants. Cette démonstration de faisabilité est publiée dans Nano-Letters.

Les tests de grossesse et les tests rapides pour la détection du coronavirus fonctionnent de la même façon. Composés d’une surface généralement en métal sur laquelle des nanocapteurs chimiques attrapent certaines molécules, ils permettent d’identifier une partie d’un virus ou une protéine bien précise qui se trouve dans l’urine, la salive ou le sang. « Le test s’avère positif quand le rapprochement entre le capteur et la molécule ciblée a lieu », explique Olivier Martin, directeur du laboratoire de nanophotonique et métrologie de l’EPFL.

Ce phénomène biologique est invisible à l’œil nu, mais la structure en métal possède la propriété d’interagir avec la lumière. Quand cette dernière la rencontre, une perturbation se crée. « Cela signifie que les capteurs sur la surface métallique ont attrapé les molécules à détecter. Une onde optique se propage et apparaît sous la forme des petites barres rouges pour le test de grossesse par exemple », illustre le professeur. Les scientifiques des laboratoires des systèmes bio-nanophotoniques, d’Hatice Altug et de nanophotonique et métrologie d’Olivier Martin, de la faculté des sciences et techniques de l’ingénieur, ont contribué à cette recherche afin de rendre cette technologie plus sensible et plus efficace. Leur recherche est publiée dans la revue Nanoletters.

Sandwichs nanométriques © 2021 EPFL

Le silicium, une caisse de résonance 

Pour leurs expériences, les chercheurs ont choisi d’utiliser une surface métallique en aluminium sur laquelle ils ont déposé leurs capteurs. En dessous, ils ont ajouté une couche de silicium, un matériau qui ne conduit pas le courant électrique. « Il agit comme un résonateur. Imaginez une timbale : sa peau vibre quand le musicien tape dessus. Avec une caisse de résonance, on entend le bruit de chaque frappe sur la membrane. Dans nos expériences, le silicium vient renforcer l’effet de résonnement du métal et le rend plus sensible. Cela nous permet de détecter des protéines plus petites ou de plus infimes quantités de virus », précise Olivier Martin.

Sandwich nanométrique

Cette construction en forme de sandwich se passe à l’échelle du nanomètre. Mais pourquoi travailler dans des proportions si réduites ? « Nous nous adaptons à la grandeur de ce que l’on étudie, à savoir les protéines et les virus. L’optique répond aussi différemment en fonction de l’échelle. Un lingot d’argent nous apparaît gris, mais des particules d’argent deviennent bleues à l’échelle nanométrique », indique Olivier Martin.

Debdatta Ray et Olivier Martin dans le laboratoire de nanophotonique et de métrologie © Alain Herzog / 2021 EPFL

C’est la première fois que des chercheurs combinent un métal avec un isolant électrique pour fabriquer un dispositif de test. « Nous possédons des formules pour concevoir des nanostructures pour les métaux et pour les matériaux diélectriques. Cependant, nous devions en trouver une nouvelle qui associe les deux. Cette technologie en sandwich est un véritable challenge. À l’avenir, il faudra expérimenter d’autres métaux. Cela implique de nouveaux défis à relever. Il sera également nécessaire d’optimiser la structure pour que la résonance optique soit la plus forte possible », conclut le scientifique.

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