Caractérisation de nanosondes à base de nanotubes de carbone grâce à l’imagerie hyperspectrale Raman : multiplexage et biodétection
La spectroscopie Raman permet d’identifier précisément une molécule grâce à son empreinte vibrationnelle. Par contre, la section efficace de diffusion Raman est généralement trop faible pour l’imagerie. Dans cet article [1] du groupe de recherche du Prof. Richard Martel de l’Université de Montréal, un effet Raman géant est obtenu dans des molécules de colorant encapsulées et agrégées à l’intérieur de nanotubes de carbone monoparoi (SWCNT).
Ces nanosondes Raman sont formées d’agrégats J de colorants comme par exemple, le α-sexithiophène (6T), le β-carotène (βcar) et la phénazine, qui sont encapsulés à l’intérieur de nanotubes de carbone monoparoi. Les sondes Raman ont l’avantage d’être stables sur une longue période (semaines et années) en plus de produire une signature unique de pics spectralement minces, ce qui facilite le multiplexage de trois sondes ou plus en employant la même énergie d’excitation laser. Comme ces nanomatériaux possèdent une section efficace de diffusion Raman très élevée, on obtient un fort signal Raman sans bruit de fond en provenance de la fluorescence ou du photoblanchiment, même pour de grandes intensités laser.
Dans ses recherches, professeur Martel emploie RIMA pour l’imagerie et le multiplexage de trois différentes sondes. Comme le montre la Figure 1, la sensibilité de RIMA permet l’identification d’objets uniques. Les sondes ont été déposées sur une surface de SiOx/Si et ont été caractérisées par imagerie Raman hyperspectrale. Grâce à cette mesure, il a été possible de déterminer la position de chacune des sondes isolées (diamètre : 1,3±0,2 nm) tout en identifiant les sondes colocalisées (voir Fig 1 droite, Ph et βcar). La sensibilité, l’efficacité et la propriété hyperspectrale de RIMA étaient essentielles pour le développement de ces sondes.
Le nanotube de carbone, qui sert de capsule à la sonde, peut être fonctionnalisé de manière covalente afin de cibler sélectivement des biomolécules comme la streptavidine. Nous avons démontré les capacités de RIMA pour la détection de sondes dans un contexte biologique en imageant des sondes de βcar fonctionnalisées avec des groupes PEG-biotine ciblant la streptavidine.
Un motif formé d’amas de 10 μm de streptavidine a été créé par impression par microcontact pour ensuite être incubé avec les sondes. Pendant la mesure, on maintient le motif hydraté sous une lamelle et les sondes sont détectées là où la streptavidine est localisée. La Figure 2 montre des images hyperspectrales Raman à 1520 cm-1 de deux surfaces imprimées où la streptavidine a été déposée ou bien à l’intérieur (figure principale) ou bien autour des points (sous-figure en bas à droite). Avec une seule acquisition, RIMA a été en mesure d’étudier une région de 133 x 133 μm2 avec une excitation laser de 532 nm. De plus, les dommages à l’échantillon sont limités grâce à l’imagerie globale qui permet une illumination uniforme sur tout le champ de vision. RIMA procure ainsi des images hyperspectrales dans un temps beaucoup plus court que les techniques conventionnelles de cartographie point par point d’imageur conventionnel Raman.
L’imagerie hyperspectrale Raman est une technique puissante qui permet d’étudier un large éventail de matériaux allant de surfaces nanostructurées à des systèmes biologiques.
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[1] E. Gaufrès et al., Giant Raman scattering from J-aggregated dyes inside carbon nanotubes for multispectral imaging, Nature Photonics, 2014, 8 72-78. Copyright 2014 Macmillan Publishers Ltd.
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RIMA est une plateforme de microscopie hyperspectrale Raman qui fournit de l’information spatiale et spectrale.