Description du projet
Des structures nanophotoniques pour ouvrir la voie à la détection ultrasensible des molécules chirales
Les molécules chirales jouent un rôle de premier plan dans la biochimie, la médecine et l’industrie pharmaceutique, car la plupart des molécules biologiques ont une conformation de sens horaire ou antihoraire. La spectroscopie à dichroïsme circulaire est une technique analytique essentielle utilisée pour détecter la chiralité des molécules, elle mesure en effet la différence d’absorption de la lumière polarisée circulairement dans le sens horaire ou antihoraire. Cependant, cette technique est limitée par une faible sensibilité et une résolution spatiale réduite causées par la faible interaction de la lumière chirale avec la matière. Par conséquent, l’analyse de la chiralité d’objets individuels à l’échelle nanométrique pour des applications critiques, telles que la détection d’agrégats de protéines responsables de diverses maladies, n’est pas possible au moyen de la lumière. L’objectif du projet CHANSON, financé par l’UE, est de faire tomber les barrières qui entravent le dichroïsme circulaire. Il s’appuiera sur de nouveaux concepts en nanophotonique des semi-conducteurs afin d’augmenter l’intensité et la polarisation de la fluorescence chirale pour la détection moléculaire ultrasensible et ultrarésolue.
Objectif
Chirality plays a pivotal role in chemistry and medicine because most biological molecules have either right- or left-handed conformations. Circular dichroism can distinguish the chirality of matter thanks to a small difference in absorption of light with opposite circular polarizations. However, it is severely limited by low sensitivity and low spatial resolution due to weak chiral light-matter interaction. As a result, using light, we cannot resolve the chirality of individual nanoscale objects for critical applications such as detecting protein aggregates responsible for a variety of diseases.
CHANSON pushes the limits of optically resolvable chirality through new concepts in semiconductor nanophotonics. We tailor semiconductor nanostructures to specifically boost chiral fluorescence thanks to the interplay of photons, charges, and spins. Using novel contrast mechanisms, we increase both fluorescence intensity and polarization to remove the barriers that hinder circular dichroism. The project combines two routes for ultrasensitive and super-resolved molecular detection: 1) Nanophotonic sensors based on semiconductor nanoantennas; 2) Excitonic sensors based on atomically thin semiconductors.
The ambitious target is to map with nanoscale spatial resolution the lowest possible molecular concentrations down to a single chiral molecule. To tackle this major scientific challenge, I propose the concept of a metasurface canvas consisting of arrays of semiconductor nanostructures. By providing a platform for fluorescence-based sensing of both light-emitting and non-emitting analytes, the results could revolutionize the screening of pharmaceuticals for neurodegenerative diseases, amongst others.
Champ scientifique
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomoleculesproteins
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringsensors
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssemiconductivity
- engineering and technologynanotechnologynanophotonics
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Programme(s)
Thème(s)
Régime de financement
ERC-STG - Starting GrantInstitution d’accueil
9000 Gent
Belgique