Les masses des virus dépassent de plusieurs ordres de grandeurs les masses moléculaires mesurées classiquement en spectrométrie de masse. Elles se situent entre le méga (10⁶) et le giga (10⁹) dalton (1,67 x 10^-24 g), des valeurs qui ne peuvent être mesurées par cette technique.

Une collaboration entre l'Irig et le Leti a montré qu'une technologie utilisant des nanorésonateurs électro-mécaniques pourrait combler ce vide (Lire Des nano-balances pour peser des virus) et permettre notamment d'identifier des virus par la mesure de leur masse.

Le principe de cette nouvelle méthode consiste à déposer les nanoparticules virales à analyser sur des nano-poutres vibrantes. Les fréquences de vibration des nano-poutres sont alors modifiées en relation avec la masse des nanoparticules.

Sur le plan expérimental, le dispositif partage plusieurs contraintes avec la spectrométrie de masse.

• L'échantillon à analyser doit être transféré en phase gazeuse (mais pas nécessairement sous forme ionisée).
• Le faisceau de nanoparticules doit être guidé jusqu'au réseau de 20 nanorésonateurs. Constitué de lentilles aérodynamiques (et non pas de composants électromagnétiques), ce guide permet de collimater le faisceau et de privilégier un certain gabarit de nanoparticules, de manière à optimiser l'analyse et la détection.

Un premier prototype réalisé en 2018 fonctionnait sous 10^-5 mbar, un vide nécessitant un système de pompage encombrant. Les chercheurs ont voulu savoir s'il était possible d'atténuer cette contrainte sans dégrader les performances des lentilles aérodynamiques ni la résolution en masse. Pour cela, ils ont réalisé une simulation numérique des lentilles aérodynamiques qui montre qu'un vide de 10^-2 mbar est compatible avec leur bon fonctionnement. Ils ont ensuite vérifié expérimentalement que la résolution en masse des nanorésonateurs n'était pas affectée par cet accroissement de la pression de fonctionnement. 

La nouvelle architecture permet un gain de 20 à 200 fois en efficacité d'analyse (particules détectées par unité de temps), sans compromettre la qualité des mesures. Et cela, avec un système plus compact et plus pratique à mettre en œuvre.

Ces travaux ont reçu le soutien de l'ERC et de l'ANR.

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