Cristal photonique nanolaser biocapteur simplifie la détection de l'ADN

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Une méthode simple pour détecter l'ADN, ainsi que des protéines biomarqueurs potentiels de cancer ou d'autres maladies telles que la maladie d'Alzheimer, peut-être bientôt à portée de main - grâce au travail d'une équipe de chercheurs de l'Université nationale de Yokohama au Japon.

Cristal photonique nanolaser biocapteur simplifie la détection de l'ADN

Cette image montre une vue de dessus de la nanolaser du groupe, dans laquelle la fente étroite de centre (ligne horizontale) est la partie principale du capteur. Les trous périodiques forment un cristal photonique, et bien que la taille des trous semble fluctuer qu'ils ont été volontairement modifiées afin l'émission du laser est efficace extrait vers le haut.

Crédit: Baba / Université nationale de Yokohama Toshihiko

Comme les rapports de l'équipe dans Applied Physics Letters, AIP Publishing, ils ont créé un cristal photonique nanolaser biocapteur capable de détecter l'adsorption de biomolécules à base de longueur d'onde de déplacement du laser.

Tout aussi impressionnant, le biocapteur de nanolaser permet la détection de la charge de surface de l'intensité d'émission laser, ce qui peut également être utilisé pour détecter l'adsorption de biomolécules. Utilisation de l'intensité du laser pour détecter des biomolécules est potentiellement moins coûteux que les techniques de marquage ou spectroscopie à fluorescence typiquement utilisés dans des biocapteurs parce que ce est une procédure plus simple.

Lorsque l'équipe d'abord établi à explorer photoniques capteurs cristal nanolaser, ils ne ont pas l'accent sur l'intensité de l'émission laser parce que ce est sensible à la qualité du laser fabriqué et, franchement, ils ne se attendaient pas à montrer des signaux de détection.

«Au début, nous nous sommes concentrés sur le comportement de longueur d'onde, mais a rapidement remarqué que [l'émission laser] intensité est influencée par le pH et polymères", a noté Toshihiko Baba, professeur au Département de génie électrique et informatique de l'Université nationale de Yokohama. «Nos résultats ont été très reproductible et, fait intéressant, nous avons constaté que les comportements de la longueur d'onde et l'intensité sont indépendants."

L'équipe a été surpris par ces résultats, qu'ils ont découverts quand ils déposent un film protecteur mince de dioxyde de zirconium (ZrO 2) sur le dispositif en utilisant le dépôt de couches atomiques, puis essayé de détection dans les liquides de pH et de liquides contenant des polymères chargés haute ou basse. Le revêtement était nécessaire pour protéger la nanolaser contre les dommages et la dérive de longueur d'onde non désirée.

Le dispositif de nanolaser peut sentir charge de surface parce que la charge de surface modifie le taux d'électrons d'occupation à des états de surface dans le semi-conducteur de la nanolaser, Baba expliqué. "Cela modifie l'efficacité des émissions de semi-conducteur."

Jusqu'à présent, le travail de l'équipe est le premier rapport de la détection de charges de surface à l'aide de ces capteurs photoniques. "Il permet la détection de l'adsorption de biomolécules du biocapteur de nanolaser tant en termes de longueur d'onde et l'intensité», a déclaré Baba. Car elle implique différents paramètres physiques, les chercheurs peuvent examiner les détails des biomolécules.

Il a également "permet la détection de l'adsorption par la mesure de son intensité seulement, ce qui est un avantage significatif par rapport aux méthodes conventionnelles," Baba ajouté.

Une méthode de biodétection conventionnelle »se appuie sur les étiquettes fluorescentes qui sont fonctionnalisés à des biomolécules à l'avance," at-il élaboré. "Nous pouvons facilement voir les biomolécules cibles en utilisant la photo-excitation, qui est la méthode standard de facto utilisé aujourd'hui dans les sciences biologiques et les diagnostics médicaux." L'inconvénient? Le procédé de fonctionnalisation des marqueurs fluorescents est coûteux.

Pour cette raison, de nombreux groupes de recherche ont développé des méthodes sans étiquette comme ceux utilisant la résonance dans des cavités optiques et les États plasmoniques. Toutefois, ceux-ci exigent des analyses spectrales en utilisant la spectroscopie de longueur d'onde ou de l'angle optique de résonance - également coûteux.

En revanche, la nanolaser biocapteur de l'équipe n'a besoin ni étiquettes ni spectromètres se ils utilisent le changement d'intensité. Cela simplifie grandement la détection, dont ils ont déjà démontré dans le cas de l'ADN.

Parmi les nombreuses applications potentielles pour le biocapteur de nanolaser, l'équipe espère "de l'appliquer à la détection de l'ADN, des protéines biomarqueurs du cancer, la maladie d'Alzheimer, etc., à partir de fluides corporels humains tels que le sang - comme une procédure plus simple que les autres avant aujourd'hui, "Baba noté. "Ensuite, nous allons être étudie la sensibilité, la sélectivité et la stabilité de ce phénomène. Si ces questions peuvent être effacées, elle se déplacera une autre étape vers l'utilisation pratique."

«Notre projet de recherche, qui se étend de 2012 à 2016, en fin de compte vise le développement d'un capteur cristal photonique nanolaser pour la détection de biomarqueurs," dit Baba. «Nous travaillons à simplifier et à améliorer le capteur de sorte qu'il sera prêt pour une utilisation pratique dans quelques années."