Nanocapteurs: que sont-ils et que peuvent-ils faire?

En mesurant les changements de propriétés physiques qui se produisent pendant les processus à l'échelle nanométrique, les nanocapteurs offrent une sensibilité et une sélectivité extrêmement élevées pour une gamme d'applications de détection. Dans cet article, nous explorons les principes de fonctionnement des nanocapteurs et examinons leurs applications les plus prometteuses.


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 appareil était essentiellement constitué d'un seul nanotube de carbone: en attachant 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 était l'un des premiers exemples de nanocapteur synthétique: un appareil capable de mesurer les changements physiques qui accompagnent les processus nanométriques et de les convertir en signaux analysables.

Les nanocapteurs, cependant, ne sont pas nouveaux. Les organismes vivants utilisent depuis longtemps une gamme 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'informations et la surveillance des processus métaboliques.

Les nanocapteurs artificiels, créés en laboratoire, visent à bien des égards à reproduire les performances de ces nanocapteurs «biologiques» (en effet, de nombreux nanocapteurs sont directement inspirés des systèmes biologiques). En exploitant la puissance des machines moléculaires, les nanocapteurs offrent des performances radicalement différentes de celles des capteurs à macro-échelle conventionnels. 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 contrainte mécanique à l'échelle nanométrique.

Types de nanocapteurs


La recherche sur les nanocapteurs s'est accélérée au cours des deux dernières décennies et une vaste gamme de technologies de nanocapteurs différentes a été développée. La plupart d'entre eux peuvent être classés en trois groupes: nanocapteurs mécaniques ou vibrationnels, nanocapteurs optiques, nanocapteurs électromagnétiques.

Les nanocapteurs mécaniques / vibrationnels sont souvent constitués de nanotubes de carbone résonnants (CNT). La fréquence de résonance extrêmement élevée de ces structures, typiquement dans la région du GHz, permet la détection de très faibles changements de masse. Cela offre la possibilité d'utiliser ces technologies pour construire des capteurs de gaz et chimiques avec des niveaux de sensibilité extrêmement élevés.

Les nanocapteurs optiques sont ceux qui transmettent un signal par voie optique. 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 incluent des sondes à fibre optique. Les nanocapteurs optiques permettent l'identification et la quantification des biomarqueurs de maladies, des protéines à petites molécules et des peptides; faciliter l'analyse des processus biologiques in vivo.

Les nanocapteurs électromagnétiques sont capables de détecter des analytes liés à une structure en mesurant l'augmentation ou l'inhibition de courant résultant de la liaison d'un analyte. Par exemple, les nanoparticules d'or subissent une modification de leur comportement de transport d'électrons lorsque les molécules de sulfure d'hydrogène s'adsorbent à leur surface, permettant une détection très sensible du sulfure d'hydrogène.

D'autres technologies de nanocapteurs émergentes comprennent les sondes thermiques à base de nanofils et les capteurs à base de vésicules polymères.

En plus de présenter une sélectivité et une sensibilité extrêmement élevées, les solutions à base de 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 contactez-nous un membre de l'équipe pour rejoindre notre liste de diffusion.