​L’instrument de mesure mis au point par les chercheurs du Caltech et du CEA-Leti repose sur l’utilisation de nano-composants, des NEMS (NanoElectroMechanical Systems), capables de détecter la présence de particules. Le composant, dont la taille représente quelques millionièmes de mètre, est constitué d’une « poutre » résonante réalisée en silicium. Quand une particule, ou une molécule, se pose sur le résonateur, la fréquence de vibration change en fonction de la masse de la particule. Pour déterminer exactement sa masse il faut également connaître son emplacement sur la poutre, qui fait varier sa fréquence d’oscillation. Les chercheurs ont ainsi montré que l’analyse des changements de fréquence d’oscillation suffisait pour déterminer la localisation et la masse de la particule.

"Lorsque chaque particule arrive sur la poutre, nous pouvons mesurer sa masse” explique Michael Roukes, Professeur à Caltech. "Personne n’a réalisé cela auparavant.”

Le fonctionnement de ce nouvel outil a été démontré en pesant une molécule appelée Immunoglobuline M (IgM), qui est un anticorps produit par les cellules immunitaires dans le sang. En mesurant les différentes masses des molécules envoyées sur le détecteur, les chercheurs ont compté et identifié les différents types d’IgM présents dans l’échantillon étudié. Cette expérience est non seulement la première analyse d’une molécule biologique au moyen d’un nanosystème mais également un pas essentiel pour démontrer son intérêt pour des applications biomédicales. Dans le futur, ces instruments pourraient permettre d’analyser le système immunitaire de patients ou même permettre le diagnostic de maladies immunitaires. Par exemple, certaines répartitions de molécules d’IgM sont la signature caractéristique d’un certain type de cancer appelé maladie de Waldenström.

A plus long terme, le détecteur pourrait permettre à des biologistes d’étudier les mécanismes moléculaires d’une cellule complète. En effet, les spectromètres de masse, habituellement utilisés, ne permettent pas l’étude de particules dont la masse est trop importante, comme des protéines ou des virus. Cette technique peut donc compléter la spectrométrie, aidant les médecins lors de diagnostics de certaines maladies, fournissant aux biologistes de nouveaux moyens d’étudier virus et bactéries ou de sonder la machinerie moléculaire des cellules. "Avec l’utilisation de procédés issus de la microélectronique, nous sommes sur la bonne voie pour réaliser de tels instruments” précise Hughes Metras du CEA-Leti, détaché à Caltech dans le cadre de la coopération. “Le détecteur pourrait par exemple être utilisé dans des spectromètres de masse commerciaux afin d’augmenter leur gamme de mesure”.

Ce résultat est la démonstration que l’Alliance Leti Caltech, initiée en 2006, a créé un environnement favorable à la réalisation d’expériences scientifiques de premier ordre à l’aide de composants fabriqués collectivement," précise Laurent Malier, le directeur du CEA-Leti. Issus de techniques de fabrication utilisées dans la microélectronique, les composants de cette technologie pourront bénéficier d’une fabrication collective et à grande échelle. "Ces composants permettront de cibler des applications industrielles et commerciales grâce à leur faible coût unitaire et leur fiabilité”.