Les nanotubes comme chronomètre optique pour la détection

Une équipe de recherche interdisciplinaire de Bochum et Duisburg a trouvé une nouvelle façon de détecter l’important neurotransmetteur dopamine dans le cerveau. Les chercheurs ont utilisé des nanotubes de carbone à cette fin. Dans des études antérieures, l’équipe dirigée par le professeur Sebastian Kruss avait déjà montré que les tubes brillent plus fort en présence de dopamine. Maintenant, le groupe interdisciplinaire a montré que la durée de la lueur change également. “C’est la première fois qu’une substance messagère aussi importante que la dopamine est détectée de cette manière”, déclare Sebastian Kruss. “Nous sommes convaincus que cela ouvrira une nouvelle plate-forme qui permettra également une meilleure détection d’autres substances messagères humaines telles que la sérotonine.” Le travail était une collaboration entre les deux groupes de recherche de Kruss en chimie physique à l’Université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne, et l’Institut Fraunhofer pour les circuits et systèmes microélectroniques (IMS).

Les résultats sont décrits par une équipe autour de Linda Sistemich et Sebastian Kruss de l’Université de la Ruhr à Bochum avec des collègues de l’IMS et de l’Université de Duisburg-Essen dans la revue Chimie appliquée – International Édition, mise en ligne le 9 mars 2023.

Avec la dopamine, les nanotubes brillent non seulement plus fort, mais aussi plus longtemps

Les capteurs utilisés sont des tubes en carbone 100 000 fois plus fins qu’un cheveu humain. S’ils sont irradiés par de la lumière visible, ils peuvent même émettre de la lumière dans le proche infrarouge, à une longueur d’onde de 1 000 nanomètres, qui n’est pas visible pour l’homme.

Des études antérieures menées par Sebastian Kruss avaient montré que certains nanotubes de carbone modifiés avec des biopolymères brillent plus fort lorsqu’ils entrent en contact avec certaines biomolécules comme la dopamine. Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont observé combien de temps il faut aux nanotubes pour émettre cette lumière dans le proche infrarouge. Pour ce faire, les chercheurs ont observé la lumière émise sous forme de particules lumineuses individuelles. À l’aide d’un chronomètre, ils ont enregistré le temps mis par les particules de lumière pour se déplacer entre le moment où le nanotube a été irradié et le moment où les particules de lumière ont été libérées par le nanotube. “Nous avons besoin de chronomètres spéciaux pour mesurer un tel laps de temps, car l’émission de lumière est 100 millions de fois plus rapide qu’un clignement d’œil humain”, précise Linda Sistemich.

Cette soi-disant durée de vie de la lumière est caractéristique de différentes substances et représente un signal plus robuste par rapport à la luminosité. Alors que la luminosité dépend du nombre de couches de cellules que la lumière doit traverser avant de pouvoir être mesurée, cela n’affecte pas la durée de vie de la lumière. Étant donné que chaque particule lumineuse individuelle contient des informations sur la durée de vie, chaque particule mesurée est une augmentation de l’information, quel que soit le nombre de particules mesurées. “Ceci est particulièrement avantageux si, comme nous, vous mesurez non seulement dans des solutions aqueuses simples, mais aussi dans des environnements compliqués tels que la culture cellulaire ou dans l’organisme lui-même”, explique Sebastian Kruss, qui dirige le groupe Interfaces fonctionnelles et biosystèmes à la Ruhr. Université et membre du Cluster of Excellence Ruhr Explore Solvation (RÉSOLU) et l’École supérieure internationale de neurosciences. Dans ce travail, la libération de dopamine à partir de cellules individuelles a été enregistrée. Cependant, la méthode est également applicable aux réseaux de cellules ou d’organismes.

La dopamine est un messager central dans le cerveau

La dopamine détectée est une substance messagère importante dans le cerveau humain par laquelle les cellules communiquent entre elles. La dopamine contrôle non seulement le centre de récompense, mais est également le moteur du mouvement, de la coordination, de la concentration et des performances mentales. Lorsque trop peu de dopamine est libérée, des troubles du mouvement et une perte de mémoire peuvent survenir – des symptômes qui sont présents, par exemple, dans la maladie de Parkinson.

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