Photonique contre bactéries

Le nouveau capteur à fil photonique à champ évanescent (PWEF) remplacera la technologie actuellement en usage – le marquage fluorescent – qui exige plusieurs heures ou journées de traitement en laboratoire. Les deux méthodes discernent la présence d'une molécule précise dans un échantillon (un fragment d'ADN ou un marqueur trahissant la présence d'un agent pathogène, par exemple). Le PWEF simplifie ce procédé et le rend plus efficace pour les applications sur le terrain en analysant la lumière au lieu des composés chimiques.

« Les implications sont énormes pour l'industrie alimentaire, la médecine et la recherche de médicaments », affirme Siegfried Janz, chef du groupe des dispositifs optoélectroniques à l'Institut des sciences des microstructures du CNRC (ISM-CNRC).

« Nous aimerions créer un capteur optique qui se glisserait dans la serviette de l'inspecteur ou se poserait sur une étagère du laboratoire, et analyserait l'échantillon d'aliment ou de sang pour y déceler instantanément les molécules qui ne devraient pas y être. » Un tel appareil pourrait aussi servir à la détection des gaz nocifs et à la surveillance courante des procédés industriels.

Les chercheurs universitaires et les informaticiens du monde entier multiplient les efforts pour perfectionner la technologie de capteur à fil photonique. On grave de minuscules fils ou « guides d'ondes » de moins d'un micromètre sur une puce de silicium. Combiné à une source lumineuse, le guide d'ondes conduit la lumière, tout comme un fil de cuivre conduit l'électricité. Le faisceau lumineux envoie un signal à un circuit électronique. L'équipe en photonique du silicium de l'ISM-CNRC étudie cependant une toute nouvelle application au PWEF : dévoiler les molécules cachées.

Le capteur du CNRC éclaire l'interface entre la puce de silicium et l'échantillon liquide qui se trouve au-dessus du capteur. Le faisceau lumineux « cherche » une molécule donnée, qui révélera par exemple l'existence d'une protéine synthétisée par une bactérie. Si le faisceau touche la cible, un détecteur photo-électrique saisit l'information. Une fois le capteur au point, le technicien n'aura qu'à verser l'échantillon puis à lire les résultats.

L'équipe de l'ISM-CNRC a réussi un exploit cet automne en examinant la capacité des fils photoniques d'acheminer la lumière le long de courbures en épingle à cheveux à peine plus larges qu'un micromètre. Un fil relativement long peut donc être plié dans un minuscule espace pour former un dense serpentin, réalisation capitale pour le nouveau capteur.

Biopuce recourant à la technologie PWEF du CNRC. La lumière de la fibre optique (à gauche) est divisée entre 10 capteurs PWEF par les guides d'ondes en silicium et illumine le liquide qui les parcourt. Un réseau de détecteurs photoélectriques (à droite) capte les signaux continuellement.

« Pour déceler les traces d'une molécule, le guide d'ondes doit véhiculer la lumière à travers des millimètres voire des centimètres d'échantillon, explique M. Janz. Il s'agit là, d'une distance considérable en nanotechnologie. Le défi consistait à allonger le fil sans grossir le capteur. Tout le monde sait qu'on peut plier un fil photonique en silicium, mais nous sommes les premiers à avoir comprimé un guide d'ondes PWEF en un si petit espace, dans un biocapteur. »

Les chercheurs de l'ISM-CNRC tentent maintenant de fabriquer des biopuces qu'on utilisera couramment sur le terrain ou en clinique. Leur travail s'inscrit dans l'Initiative en génomique et en santé, programme en vertu duquel cinq instituts du CNRC se sont alliés pour illustrer comment les nouveaux paradigmes de la micro-biodétection sont appelés à révolutionner le dépistage des agents pathogènes.