Des nanofils très sensibles pour détecter les faisceaux d’ions
Des chercheurs soutenus par les projets SuperMaMa et ATTRACT, financés par l’UE, ont franchi une étape importante dans la détection des ions de protéines en recourant à des nanofils supraconducteurs. Grâce à leur grande sensibilité énergétique, les détecteurs à nanofils supraconducteurs peuvent approcher les 100 % d’efficacité quantique et sont jusqu’à 1 000 fois plus efficaces dans la détection des ions de protéines que les détecteurs d’ions conventionnels. Ils peuvent également distinguer les macromolécules en fonction de leur énergie d’impact, une tâche impossible pour les détecteurs conventionnels. Cette capacité offre une détection plus sensible des protéines et fournit des données supplémentaires pour la spectrométrie de masse. L’étude a été publiée dans la revue «Science Advances». Dans des domaines tels que la recherche sur les protéines, le diagnostic et l’analyse, les scientifiques sont appelés à détecter et à analyser des macromolécules. Dans ces cas, leur outil de prédilection est souvent la spectrométrie de masse. Cette technique permet de séparer les ions présents dans un échantillon en fonction de leur rapport masse/charge et de mesurer l’intensité des signaux générés par un détecteur. Les détecteurs conventionnels ne sont toutefois efficaces que pour les particules ayant une énergie d’impact élevée, une lacune que l’équipe de recherche soutenue par l’UE a désormais surmontée grâce à des détecteurs à nanofils supraconducteurs.
D’excellents détecteurs
Les scientifiques montrent pour la première fois que les nanofils supraconducteurs peuvent être d’excellents détecteurs de faisceaux de protéines dans le cadre de la spectrométrie de masse quadripolaire, où les ions sont séparés en fonction de la stabilité de leurs trajectoires de vol grâce à un champ électrique oscillant dans le quadripôle. «Si nous utilisons des nanofils supraconducteurs au lieu de détecteurs conventionnels, nous pouvons même identifier les particules qui frappent le détecteur avec une faible énergie cinétique», explique l’auteur principal de l’étude, le professeur Markus Arndt, de l’université de Vienne, en Autriche, coordinatrice du projet SuperMaMa, dans un communiqué de presse publié sur le site web de l’université. C’est la supraconductivité des nanofils qui rend cette détection possible. Comment ce phénomène se produit-il? Comme l’explique le communiqué de presse, les «nanofils entrent dans un état supraconducteur à des températures très basses», perdant ainsi leur résistance électrique et permettant au courant de circuler sans perte d’énergie. Les ions entrants excitent les nanofils supraconducteurs, ce qui entraîne un retour à l’état conducteur normal. Au cours de cette transition quantique, le changement des propriétés électriques des nanofils est interprété comme un signal de détection. «Grâce à nos détecteurs à nanofils, nous exploitons la transition quantique entre l’état supraconducteur et l’état conducteur normal, et pouvons ainsi surpasser les détecteurs d’ions conventionnels de trois ordres de grandeur», explique le premier auteur, Marcel Strauß, également de l’université de Vienne. Les détecteurs à nanofils ont un rendement quantique extraordinaire à de faibles énergies d’impact. «En outre, un spectromètre de masse équipé d’un tel capteur quantique peut non seulement distinguer les molécules en fonction de leur masse et de leur état de charge, mais aussi les classer en fonction de leur énergie cinétique. Cette caractéristique améliore la détection et permet d’obtenir une meilleure résolution spatiale», note le premier auteur. Cette découverte ouvre la voie à de nouvelles applications pour les détecteurs à nanofils dans des domaines nécessitant une grande efficacité et une bonne résolution à faible énergie d’impact. Les projets SuperMaMa (Superconducting Mass Spectrometry and Molecule Analysis) et ATTRACT (breAkThrough innovaTion pRogrAmme for a pan-European Detection and Imaging eCosysTem) ont tous deux pris fin. Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet SuperMaMa site web du projet ATTRACT
Mots‑clés
SuperMaMa, ATTRACT, quantique, nanofil, nanofil supraconducteur, détecteur, spectrométrie de masse, énergie, ion de protéine
