L’Antenna-in-Box détecte les molécules individuelles

C’est le plus petit dispositif optique au monde capable de le faire ! L’analyse d’une molécule individuelle est désormais possible grâce au système ingénieux élaboré par les chercheurs de l’Institut Fresnel (CNRS, Université Aix-Marseille, Ecole Centrale Marseille), de l’ICFO (Institut de Ciencies Fotoniques, Mediterranean Technology Park, Espagne) et de l’ ICREA (Institucio Catalana de Recerca i Estudis Avançats, Barcelone). Décrit dans la revue Nature Nanotechnology, le dispositif repose sur la fluorescence émise par une molécule. La lumière émise par les molécules composant une cellule vivante permet ainsi de l’observer de façon directe au microscope optique. Mais l’analyse d’une seule molécule se heurte à la difficulté de détecter une très faible quantité de lumière, avec un bruit de fond important à cause des molécules voisines.

L’Antenna-in-box consiste en une antenne constituée de deux hémisphères en or de 80 nm de diamètre espacés de 12 nm. C’est dans cet espace que le dispositif permet de concentrer la lumière. « Lorsqu’une molécule vient se positionner entre ces deux hémisphères, l’intensité de la fluorescence qu’elle émet est décuplée et rend possible son observation optique » explique Jérôme Wenger, de  l’Institut Fresnel et co-auteur des travaux. 

Mais comment analyser le signal émis par la molécule étudiée sans qu’il soit parasité par la fluorescence des molécules présentes alentour ? Les scientifiques ont trouvé la parade en emprisonnant l’antenne optique à l’intérieur d’une nanoboite, d’où le nom de antenna-in-box. Et ça marche, la boite faisant obstacle à la fluorescence des molécules voisines. Comme le révèle Jérôme, cette box a été testée pour différentes tailles de biomolécules comme des brins d’ADN par exemple. Concernant les plus petites particules, la nanoboite a permis d’améliorer la luminosité de la fluorescence d’un facteur supérieur à 1 000 sur des volumes de détection de l’ordre du zeptolitre (10-21 L).

L’antenna-in-box peut donc être utilisée pour la détection ultra-sensible, comme par exemple le diagnostic précoce de biocapteurs de marqueurs de maladies. Elle pourrait aussi servir de nanosource optique pour visualiser l’interaction de biomolécules entre elles. C’est d’ailleurs l’objectif que s’est fixée l’équipe de Jérôme Wenger qui souhaite réussir en déposant une membrane cellulaire sur une antenna-in-box.

Par Audrey Loubens, journaliste scientifique