Une équipe franco-américaine invente le pèse-molécule

La piste d’atterrissage est étroite : quelques dizaines de nanomètres de large, quelques microns de long. Mais dès qu’une molécule s’y pose, elle est détectée. Mieux : ce dispositif de taille nanométrique est capable de mesurer son poids. Une première réalisée par des chercheurs français du CEA Leti, associés à un laboratoire californien du Caltech.

Les deux instituts font cause commune depuis 2006 au sein de l’Alliance for Nanosystems VLSI, créée pour accélérer la mise sur le marché de systèmes de mesure basés sur des composants nanométriques, les Nems (Nano electro mechanical structure).

La "piste" pour molécule est en fait une sorte de pont suspendu, fabriqué par des techniques de gravure utilisées dans les semiconducteurs, et dont la fréquence d’oscillation dépend du poids qu’il supporte. Les chercheurs du Caltech avaient déjà réalisé un dispositif de ce type en 2009, mais comme le changement de fréquence de vibration dépend aussi de la position de la molécule sur le "pont" (cf. photo ci-dessus), il fallait effectuer 500 mesures, et un traitement statistique, pour obtenir la masse recherchée.

Dans le nouveau dispositif, les chercheurs ont résolu la difficulté en analysant les différents modes de vibration qui composent en fait le mouvement, et qui renseignent à la fois sur la masse et la position de la molécule. Les prototypes de Nems ont été fabriqués au CEA Leti.

A titre de démonstration, l’équipe a mesuré le poids d’une molécule d’immunoglobuline M, un anticorps produit dans le sang. Ils ont pu ainsi compter et identifier différentes molécules d’immunoglobulines. Ce type de résultats pourrait servir au diagnostic médical.

Le nouvel instrument devrait aussi intéresser les biologistes, pour l’étude détaillée des mécanismes moléculaires dans les cellules. Des applications à la mesure de nanoparticules dans l’air sont envisagées.

L’alliance CEA Leti/Caltech a déjà donné naissance, en décembre 2011, à la création d’une startup commune, Apix, qui développe des systèmes de chromatographie en phase gazeuse miniaturisés, toujours à base de Nems.