Une équipe internationale de chercheurs a réussi à améliorer considérablement la détection des ions protéiques grâce à l’utilisation de détecteurs à nanofils supraconducteurs. Ces derniers surpassent les détecteurs d’ions conventionnels en termes d’efficacité de détection, en particulier à basse énergie.
Cette trouvaille pourrait avoir des implications significatives dans divers domaines des sciences de la vie, y compris la recherche sur les protéines, le diagnostic et l’analyse.
Une nouvelle ère pour la détection des macromolécules
La détection, l’identification et l’analyse des macromolécules sont d’un intérêt majeur dans de nombreux domaines des sciences de la vie, notamment la recherche sur les protéines, le diagnostic et l’analyse. La spectrométrie de masse est souvent utilisée comme système de détection – une méthode qui sépare généralement les particules chargées (ions) en fonction de leur rapport masse/charge et mesure l’intensité des signaux générés par un détecteur. Cela fournit des informations sur l’abondance relative des différents types d’ions et donc sur la composition de l’échantillon.
Les détecteurs conventionnels n’ont pu atteindre toutefois une haute efficacité de détection et une résolution spatiale que pour les particules à haute énergie d’impact. Cette limitation a été surmontée par une équipe internationale de chercheurs utilisant des détecteurs à nanofils supraconducteurs.
Un consortium européen pour les particules à faible énergie
Dans l’étude actuelle, un consortium européen coordonné par l’Université de Vienne, avec des partenaires à Delft (Single Quantum), Lausanne (EPFL), Almere (MSVision) et Bâle (Université), démontre pour la première fois l’utilisation de nanofils supraconducteurs comme détecteurs excellents pour les faisceaux de protéines dans la spectrométrie de masse en quadrupôle.
« Si nous utilisons maintenant des nanofils supraconducteurs au lieu de détecteurs conventionnels, nous pouvons même identifier les particules qui frappent le détecteur avec une faible énergie cinétique », explique le chef de projet Markus Arndt du groupe de nanophysique quantique de la faculté de physique de l’Université de Vienne. Cela est rendu possible par une propriété matérielle spéciale (la supraconductivité) des détecteurs à nanofils.
La supraconductivité comme sésame de la détection
La clé de cette méthode de détection est que les nanofils entrent dans un état supraconducteur à des températures très basses, dans lequel ils perdent leur résistance électrique et permettent un flux de courant sans perte.
L’excitation des nanofils supraconducteurs par les ions entrants provoque un retour à l’état conducteur normal (transition quantique). Le changement des propriétés électriques des nanofils lors de cette transition est interprété comme un signal de détection.
« Avec les détecteurs à nanofils que nous utilisons », indique l’auteur principal Marcel Strauß, « Nous exploitons la transition quantique de l’état supraconducteur à l’état conducteur normal et pouvons ainsi surpasser les détecteurs d’ions conventionnels jusqu’à trois ordres de grandeur ».
En effet, les détecteurs à nanofils ont un rendement quantique remarquable à des énergies d’impact exceptionnellement basses – et redéfinissent les possibilités des détecteurs conventionnels.
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En synthèse
Cette étude marque une étape importante dans la détection des ions protéiques. Les détecteurs à nanofils supraconducteurs surpassent les détecteurs d’ions conventionnels en termes d’efficacité de détection, en particulier à basse énergie.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la supraconductivité ?
La supraconductivité est un état dans lequel un matériau perd toute résistance électrique et permet un flux de courant sans perte. Cet état est généralement atteint à des températures très basses.
Qu’est-ce que la spectrométrie de masse ?
La spectrométrie de masse est une méthode utilisée pour séparer les particules chargées (ions) en fonction de leur rapport masse/charge. Elle permet d’obtenir des informations sur l’abondance relative des différents types d’ions et donc sur la composition de l’échantillon.
Qu’est-ce qu’un détecteur à nanofils supraconducteurs ?
Un détecteur à nanofils supraconducteurs est un dispositif qui utilise des nanofils qui entrent dans un état supraconducteur à des températures très basses. Ces détecteurs sont capables de détecter des particules qui frappent le détecteur avec une faible énergie cinétique.
Quels sont les avantages des détecteurs à nanofils supraconducteurs ?
Les détecteurs à nanofils supraconducteurs surpassent les détecteurs conventionnels en termes d’efficacité de détection, en particulier à basse énergie. Ils peuvent également distinguer les macromolécules par leur énergie d’impact, ce qui permet une détection plus sensible des protéines et fournit des informations supplémentaires en spectrométrie de masse.
Quelles sont les applications potentielles des détecteurs à nanofils supraconducteurs ?
Les détecteurs à nanofils supraconducteurs peuvent trouver de nouvelles applications dans la spectrométrie de masse, la spectroscopie moléculaire, la déflectométrie moléculaire ou l’interférométrie quantique de molécules, où une haute efficacité et une bonne résolution sont requises, en particulier à faible énergie d’impact.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| Les détecteurs à nanofils supraconducteurs surpassent les détecteurs d’ions conventionnels en termes d’efficacité de détection. |
| Ces détecteurs peuvent distinguer les macromolécules par leur énergie d’impact. |
| Ils peuvent identifier les particules qui frappent le détecteur avec une faible énergie cinétique. |
| Ils exploitent la transition quantique de l’état supraconducteur à l’état conducteur normal. |
| Ils peuvent surpasser les détecteurs d’ions conventionnels jusqu’à trois ordres de grandeur. |
| Ils ont un rendement quantique remarquable à des énergies d’impact exceptionnellement basses. |
| Ils peuvent trouver de nouvelles applications dans la spectrométrie de masse, la spectroscopie moléculaire, la déflectométrie moléculaire ou l’interférométrie quantique de molécules. |
| Ils offrent la possibilité d’une meilleure résolution spatiale. |
Références
Légende illustration principale : Vue du laboratoire SuperMaMa de l’université de Vienne. Au premier plan : le spectromètre de masse en tandem adapté. Sur la table optique à l’avant : la chambre à ultravide avec le refroidisseur cryogénique à 3,7 kelvins. L’insert doré suspendu est le bouclier de protection contre les radiations derrière lequel sont installés les détecteurs à nanofils supraconducteurs. Lorsqu’il est fermé, les protéines sont focalisées sur le détecteur par des électrodes en anneau à travers le trou de quelques millimètres dans le blindage plaqué or. En arrière-plan : Laser pulsé de haute puissance pour le photoclavage des protéines marquées par la lumière visible et ultraviolette.
Les résultats de cette étude ont été récemment publiés dans la revue Science Advances. Article : « Highly sensitive single molecule detection of macromolecule ion beams. » – DOI: 10.1126/sciadv.adj2801
