En 1999, des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont créé un type inhabituel de capteur capable de mesurer la masse de très petites particules. L’élément sensible de leur dispositif consistait essentiellement en un seul nanotube de carbone : en fixant une particule à l’extrémité du nanotube et en mesurant le changement de sa fréquence vibratoire, les chercheurs ont pu déterminer la masse de la particule.
Ce capteur est l’un des premiers exemples de nanocapteur synthétique : un dispositif capable de mesurer les changements physiques qui accompagnent les processus à l’échelle nanométrique et de les convertir en signaux pouvant être analysés.
Les nanocapteurs, cependant, ne sont pas nouveaux. Les organismes vivants utilisent depuis longtemps un ensemble de nanocapteurs biologiques – tels que des enzymes, des anticorps et de l’ADN – pour accomplir un large éventail de tâches, y compris le stockage d’information et la surveillance des processus métaboliques.
Les nanocapteurs artificiels, qui sont créés en laboratoire, visent à bien des égards à reproduire la performance de ces nanocapteurs « biologiques » (en effet, de nombreux nanocapteurs sont directement inspirés des systèmes biologiques). En exploitant la puissance de la machinerie moléculaire, les nanocapteurs offrent des performances radicalement différentes des capteurs conventionnels à l’échelle macro. Souvent, les nanocapteurs sont utilisés pour détecter la présence de certaines espèces chimiques ou nanoparticules, tandis que d’autres peuvent surveiller des paramètres physiques tels que la température ou la déformation mécanique à l’échelle nanométrique.
La recherche sur les nanocapteurs s’est accélérée au cours des deux dernières décennies, et un vaste éventail de technologies de nanocapteurs différentes ont été développées. La plupart d’entre eux peuvent être classés en trois groupes : les nanocapteurs mécaniques ou vibrationnels, les nanocapteurs optiques, les nanocapteurs électromagnétiques.
Les nanocapteurs mécaniques/vibrationnels sont souvent constitués de nanotubes de carbone résonnants (NTC). La fréquence de résonance extrêmement élevée de ces structures, généralement dans la région GHz, permet de détecter de très petits changements de masse. Cela offre la possibilité d’utiliser de telles technologies pour construire des capteurs de gaz et de produits chimiques avec des niveaux de sensibilité extrêmement élevés.
Les nanocapteurs optiques sont ceux qui transmettent un signal optiquement. Dans sa forme la plus simple, un nanocapteur optique peut être constitué d’une seule molécule de colorant fluorescent qui se lie préférentiellement à certains sites moléculaires (par exemple, à l’intérieur d’une cellule). D’autres conceptions de nanocapteurs optiques comprennent des sondes à fibre optique. Les nanocapteurs optiques permettent d’identifier et de quantifier les biomarqueurs de maladies, les protéines et les peptides de petites molécules; faciliter l’analyse des processus biologiques in vivo.
Les nanocapteurs électromagnétiques sont capables de détecter les analytes liés à une structure en mesurant l’augmentation ou l’inhibition du courant résultant de la liaison de l’analyte. Par exemple, les nanoparticules d’or subissent un changement dans leur comportement de transport d’électrons lorsque les molécules de sulfure d’hydrogène s’adsorbent à leur surface, ce qui permet une détection très sensible du sulfure d’hydrogène.
Parmi les autres technologies émergentes de nanocapteurs, mentionnons les sondes thermiques à base de nanofils et les capteurs à base de vésicules en polymère.
En plus de présenter une sélectivité et une sensibilité extrêmement élevées, les solutions basées sur des nanocapteurs devraient avoir de faibles coûts de production. Cela ouvre la porte à une vaste gamme d’applications, notamment le diagnostic médical, la détection environnementale, la sécurité alimentaire et la défense. Si vous souhaitez vous tenir au courant des dernières innovations dans ce domaine, il vous suffit de contacter un membre de l’équipe pour vous inscrire à notre liste d’envoi.
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