Microscopie à force photonique super-résolue pour détecter les forces d'interaction ultra-faibles entre les nanoparticules et les surfaces. Crédit : Lei Ding
Une équipe de recherche collaborative a développé une nouvelle méthode pour mesurer les minuscules à l'échelle nanométrique forces dans les liquides, en utilisant une technique qui améliore considérablement la sensibilité et la résolution des mesures. Cette percée pourrait transformer la recherche biologique et faire progresser la technologie biomédicale.
Des recherches révolutionnaires ont introduit une nouvelle méthode permettant de mesurer des forces extrêmement faibles à l’échelle nanométrique dans des environnements aqueux, élargissant ainsi notre compréhension du domaine microscopique.
L'avancée significative de la nanotechnologie a été réalisée par des chercheurs de l'Université Beihang en Chine, en collaboration avec l'Université RMIT et d'autres institutions de premier plan, notamment le Université nationale australienne et Université de technologie de Sydney.
La nouvelle technique, impliquant un microscope à force photonique super-résolue (SRPFM), est capable de détecter des forces dans l'eau aussi petites que 108,2 attonewtons, une échelle si infime qu'elle se compare à la mesure du poids d'un virus.
Le chercheur principal de l'Université de Beihang, le professeur Fan Wang, a déclaré que la clé de cette mesure ultra-sensible résidait dans l'utilisation de nanoparticules dopées au lanthanide, piégées par des pinces optiques, qui sont ensuite utilisées pour sonder les forces infimes en jeu dans les systèmes biologiques.
Défis des mesures à l’échelle nanométrique
« Comprendre ces minuscules forces est crucial pour l'étude des processus biomécaniques, fondamentaux pour le fonctionnement des cellules vivantes », a-t-il déclaré. « Jusqu'à présent, mesurer des forces aussi faibles avec une haute précision dans un environnement liquide constituait un défi de taille en raison de facteurs tels que l'échauffement de la sonde et les problèmes de signal faible. »
La technique SRPFM développée par Wang et son équipe relève ces défis en employant des techniques avancées de nanotechnologie et de calcul.
En tirant parti de la localisation à super-résolution basée sur un réseau neuronal, l’équipe est capable de mesurer avec précision la manière dont les nanoparticules sont déplacées par de minuscules forces au sein d’un milieu fluide.
Le co-premier auteur de l'étude de l'Université RMIT, le Dr Lei Ding, a déclaré que cette innovation améliore non seulement la résolution et la sensibilité des mesures de force, mais minimise également l'énergie requise pour piéger les nanoparticules, réduisant ainsi les dommages potentiels aux échantillons biologiques.
« Notre méthode peut détecter des forces allant jusqu'à 1,8 femtonewtons par racine carrée de la bande passante, ce qui est proche de la limite théorique imposée par le bruit thermique », a déclaré Ding.
Implications et applications
Les implications de cette recherche sont vastes, a ajouté le Dr Xuchen Shan, co-premier auteur de l'Université de Beihang.
« En fournissant un nouvel outil pour mesurer les événements biologiques au niveau moléculaire, cette technique pourrait révolutionner notre compréhension d'une multitude de phénomènes biologiques et physiques », a déclaré Shan.
Cela inclut tout, depuis le fonctionnement des protéines dans les cellules humaines jusqu’aux nouvelles méthodes de détection précoce des maladies.
L'étude a également exploré l'application de cette technologie à la mesure des forces d'électrophorèse agissant sur des nanoparticules uniques et des forces d'interaction entre ADN molécules et interfaces, cruciales pour le développement de techniques avancées d’ingénierie biomédicale.
Les découvertes de l'équipe ouvrent non seulement la voie à de nouvelles découvertes scientifiques, mais ont également des applications potentielles dans le développement de nouveaux outils nanotechnologiques et dans l'amélioration de la sensibilité des diagnostics biomédicaux.
