Détection de bactéries et de virus à l'aide de nanotubes fluorescents
Personnalisation simple des biocapteurs à nanotubes de carbone
La nouvelle conception du capteur ressemble à une boîte à outils moléculaire qui peut être utilisée pour assembler rapidement des capteurs à des fins diverses.
Modèle imprimé en 3D d'un nanotube de carbone, principal élément constitutif des nouveaux biocapteurs. Contrairement à ce modèle imprimé en 3D, les véritables nanotubes sont 100 000 fois plus fins qu'un cheveu humain.
© RUB, Marquard
Justus Metternich (à gauche) et Sebastian Kruss (à droite) développent des capteurs à base de nanotubes de carbone pour des applications biologiques. La photo les montre tenant un modèle simplifié d'un tel nanotube.
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Montage expérimental pour la production des défauts de la guanine : Des LED et le photosensibilisateur rose bengale sont utilisés pour produire une forme réactive d'oxygène qui peut lier sélectivement certaines bases de l'ADN au nanotube.
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Une équipe de recherche interdisciplinaire de Bochum, Duisbourg et Zurich a mis au point une nouvelle approche pour construire des capteurs optiques modulaires capables de détecter des virus et des bactéries. Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé des nanotubes de carbone fluorescents avec un nouveau type d'ancres d'ADN qui agissent comme des poignées moléculaires. Les structures d'ancrage peuvent être utilisées pour conjuguer des unités de reconnaissance biologique telles que des anticorps et des aptamères aux nanotubes. L'unité de reconnaissance peut ensuite interagir avec des molécules bactériennes ou virales sur les nanotubes. Ces interactions affectent la fluorescence des nanotubes et augmentent ou diminuent leur luminosité.
Une équipe composée du professeur Sebastian Kruss, de Justus Metternich et de quatre collaborateurs de l'université de la Ruhr à Bochum (Allemagne), de l'Institut Fraunhofer pour les circuits et systèmes microélectroniques et de l'ETH Zurich a fait part de ses conclusions dans le Journal of the American Chemical Society, publié en ligne le 27 juin 2023.
Personnalisation simple des biocapteurs à nanotubes de carbone
L'équipe a utilisé des nanocapteurs tubulaires en carbone d'un diamètre inférieur à un nanomètre. Lorsqu'ils sont irradiés par de la lumière visible, les nanotubes de carbone émettent de la lumière dans le proche infrarouge. La lumière dans le proche infrarouge n'est pas visible pour l'œil humain. Cependant, elle est parfaite pour les applications optiques, car le niveau des autres signaux dans cette gamme est fortement réduit. Dans des études antérieures, l'équipe de Sebastian Kruss avait déjà montré comment la fluorescence des nanotubes pouvait être manipulée pour détecter des biomolécules vitales. À présent, les chercheurs ont cherché un moyen de personnaliser les capteurs de carbone pour les utiliser avec différentes molécules cibles de manière simple.
Les structures d'ADN présentant des défauts quantiques de guanine ont été la clé du succès. Il s'agissait de lier des bases d'ADN au nanotube afin de créer un défaut dans la structure cristalline du nanotube. La fluorescence des nanotubes s'en trouve modifiée au niveau quantique. En outre, le défaut a agi comme une poignée moléculaire qui a permis d'introduire une unité de détection, qui peut être adaptée à la molécule cible respective dans le but d'identifier une protéine virale ou bactérienne spécifique. "Grâce à la fixation de l'unité de détection aux ancres d'ADN, l'assemblage d'un tel capteur ressemble à un système de blocs de construction, sauf que les pièces individuelles sont 100 000 fois plus petites qu'un cheveu humain", souligne Sebastian Kruss.
Le capteur identifie différentes cibles bactériennes et virales
Le groupe a présenté le nouveau concept de capteur en prenant pour exemple la protéine de pointe CoV-2 du SRAS. À cette fin, les chercheurs ont utilisé des aptamères qui se lient à la protéine de pointe du SRAS CoV-2. "Les aptamères sont des brins d'ADN ou d'ARN pliés. Grâce à leur structure, ils peuvent se lier sélectivement aux protéines", explique Justus Metternich. "Dans l'étape suivante, on pourrait transférer le concept aux anticorps ou à d'autres unités de détection.
Les capteurs fluorescents ont indiqué la présence de la protéine SARS-CoV-2 avec un haut degré de fiabilité. La sélectivité des capteurs présentant des défauts quantiques de guanine était plus élevée que celle des capteurs ne présentant pas de tels défauts. En outre, les capteurs présentant des défauts quantiques de guanine étaient plus stables en solution. "C'est un avantage si l'on envisage des mesures au-delà des simples solutions aqueuses. Pour les applications diagnostiques, nous devons effectuer des mesures dans des environnements complexes, par exemple avec des cellules, dans le sang ou dans l'organisme lui-même", explique Sebastian Kruss, qui dirige le groupe Functional Interfaces and Biosystems à l'université de la Ruhr à Bochum et qui est membre du pôle d'excellence Ruhr Explores Solvation (RESOLV) et de l'International Graduate School of Neuroscience.
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.
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