Des substrats souples et à faible coût pour une détection nanoplasmonique
Les nanostructures plasmoniques ont la capacité sans précédent de concentrer la lumière à l'échelle nanométrique. Elles sont donc importantes dans les nanotechnologies, notamment pour diverses techniques de détection. Luis Liz-Marzán, coordinateur du projet PLASMAQUO financé par l'UE, déclare: «L'adsorption contrôlée de nanoparticules sur des substrats est essentielle pour fabriquer des dispositifs nanoplasmoniques dont les nanoparticules amplifient les champs électromagnétiques afin d'améliorer les performances.» Le projet PLASMAQUO voulait mettre au point des matériaux nanostructurés basés sur des substrats de nanoparticules plasmoniques d'or, afin de réaliser des détecteurs ultrasensibles pour étudier les processus de communication entre cellules vivantes. «En particulier, nous nous sommes intéressés à la communication entre bactéries via le phénomène de détection du quorum. Il utilise la production, la libération et la détection de petites molécules de signalisation, permettant aux bactéries de surveiller leur environnement et la densité de leur population», explique le professeur Liz-Marzán. On sait que la détection du quorum régule une large gamme de processus chez les bactéries, comme la virulence et la formation de biofilms, laquelle est la méthode de colonisation la plus performante chez les microbes. «La détection du quorum et les biofilms sont étroitement associés avec la pathogenèse de plusieurs maladies infectieuses persistantes comme la pneumonie et la fibrose cystique. Il faut donc concevoir de nouvelles méthodes d'analyse non-invasive de la détection du quorum pour des populations bactériennes actives», souligne le professeur Liz-Marzán. «La possibilité de visualiser cette forme de communication chimique au sein de populations microbiennes renforcera la connaissance de ses fonctions, et pourrait conduire à de nouvelles thérapies antibactériennes, intéressantes pour la médecine.» Encore plus loin Les chercheurs du projet ont utilisé la spectroscopie par diffusion RAMAN renforcée en surface (SERS), une technique basée sur la génération par illumination de champs électriques élevés à la surface de nanoparticules métalliques, dans des conditions de résonance de plasmons de surface. Cependant, il reste difficile d'assurer une détection fiable dans un milieu biologique complexe. En effet, la SERS a des limitations comme le bruit de fond résultant d'espèces chimiques interférentes, et l'adsorption non spécifique de molécules biologique susceptibles de contrarier l'interaction des molécules cibles avec la surface active en SERS. Les chercheurs de PLASMAQUO ont surmonté ces difficultés en concevant des substrats nanostructurés plasmoniques comme support de cultures de bactéries, capables de détecter in situ et sans marquage les molécules de signalisation secrétées. Pour éviter la contamination du capteur optique par d'autres molécules biologiques présentes dans le milieu de culture, ils ont fabriqué des matériaux mixtes, compatibles avec les cellules et constitués d'un élément plasmonique et d'une matrice poreuse. Ces matériaux agissent comme un tamis pour limiter la diffusion des molécules vers les nanoparticules métalliques. «Les travaux de PLASMAQUO ont considérablement avancé la synthèse des nanoparticules colloïdales, l'étude du comportement des phases colloïdales, et la compréhension de la SERS, permettant de concevoir de nouvelles nanoparticules plasmoniques, hautement efficaces», constate le professeur Liz-Marzán. Ouvrir la voie Avec ces travaux, les chercheurs ont déterminé les performances de divers matériaux plasmoniques sur mesure, afin de détecter et d'imager la détection de quorum dans des biofilms de Pseudomonas Aeruginosa, un pathogène opportuniste de l'homme. Pour le professeur Liz-Marzán, le projet a ouvert la voie à l'utilisation de détecteurs plasmoniques dans divers domaines. Ils pourraient ainsi être intégrés à des implants, des cathéters ou des dispositifs médicaux implantables, afin de surveiller les infections de manière non invasive. «Les biofilms bactériens sont très résistants aux nettoyants chimiques, ces détecteurs ont donc un large impact dans différents domaines», ajoute le professeur Liz-Marzán. «L'utilisation de détecteurs plasmoniques dans des dispositifs Raman portables pourrait conduire à les détecter très tôt et faciliter leur éradication.
Mots‑clés
PLASMAQUO, SERS, plasmonique, substrats nanostructurés, stratégie antibactérienne
