Des recherches révolutionnaires ont révélé une nouvelle façon de mesurer des forces incroyablement petites à l’échelle nanométrique dans l’eau, repoussant ainsi les limites de ce que les scientifiques savent du monde microscopique.

Les progrès significatifs en matière de nanotechnologie ont été réalisés par des chercheurs de l’Université Beihang en Chine, en collaboration avec l’Université RMIT et d’autres institutions de premier plan, notamment l’Université nationale australienne et l’Université de technologie de Sydney.

La nouvelle technique, qui comprend un microscope à force photonique à super-résolution (SRPFM), est capable de détecter des forces dans l’eau aussi petites que 108,2 attonewtons – une échelle si petite qu’elle est comparable à la mesure du poids d’un virus.

Le professeur Fan Wang, chercheur principal à l’Université de Beihang, a déclaré que la clé de cette mesure très sensible réside dans l’utilisation de nanoparticules dopées au lanthanide qui sont capturées par des pinces optiques puis utilisées pour étudier les minuscules forces à l’œuvre dans les systèmes biologiques.

Comprendre ces minuscules forces est crucial pour étudier les processus biomécaniques fondamentaux au fonctionnement des cellules vivantes.


Jusqu’à présent, mesurer des forces aussi faibles avec une haute précision dans un environnement liquide constituait un défi majeur en raison de facteurs tels que l’échauffement de la sonde et les problèmes de signal faible.


Fan Wang, professeur, Université Beihang

La technique SRPFM développée par Wang et son équipe relève ces défis en utilisant des techniques avancées de nanotechnologie et de calcul.

En tirant parti de la localisation haute résolution via les réseaux neuronaux, l’équipe est capable de mesurer avec précision la façon dont les nanoparticules sont déplacées par de minuscules forces dans un milieu liquide.

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 capturer 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 bande passante, ce qui est proche de la limite théorique imposée par le bruit thermique”, a déclaré Ding.

Les implications de cette recherche sont énormes, a ajouté le Dr. Xuchen Shan, co-auteur principal de l’Université de Beihang, a ajouté

“En fournissant un nouvel outil pour mesurer les événements biologiques au niveau moléculaire, cette technique pourrait révolutionner notre compréhension d’un large éventail de phénomènes biologiques et physiques”, a déclaré Shan.

Cela va du fonctionnement des protéines dans les cellules humaines aux nouvelles méthodes de détection précoce des maladies.

L’étude a également examiné l’application de cette technologie pour mesurer les forces électrophorétiques agissant sur des nanoparticules individuelles et les forces d’interaction entre les molécules d’ADN et les interfaces, qui sont cruciales pour le développement de techniques avancées d’ingénierie biomédicale.

En plus d’ouvrir la voie à de nouvelles découvertes scientifiques, les découvertes de l’équipe ont également des applications potentielles dans le développement de nouveaux outils nanotechnologiques et l’amélioration de la sensibilité des diagnostics biomédicaux.

Source:

Référence du magazine :

Shan, X., et autres. (2024). Mesure de force sub-femtonewton en solution par microscopie à force photonique super-résolution. Photonique naturelle. est ce que je.org/10.1038/s41566-024-01462-7.



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