Développement de méthodes de détection optique de l’activité électrique neuronale à l'échelle nanométrique

Les neurones communiquent entre eux par des synapses. Le potentiel électrique à leur échelle submicronique est mal connu, alors qu'il joue un rôle clé dans la transmission synaptique. Nous développons deux capteurs optiques de champ électrique, l'un tirant parti des propriétés quantiques de défauts dans des nanopiliers de diamant, l'autre exploitant les transitions optiques de terres rares dans des nanocristaux ferroélectriques. Chacun détecte le champ à l’échelle nanométrique, en champ large.

Capteur quantique d'activité électrique neuronale

La détection de l'activité électrique neuronale est un moyen de sonder la transmission synaptique au niveau d'un neurone unique ou d'un réseau neuronal, et d'identifier les dysfonctionnements dans les modèles de maladies par exemple.

Les propriétés spécifiques de la physique quantique sont propices au développement de nouveaux capteurs capables de dépasser les limitations des capteurs classiques, en termes de sensibilité, d'accessibilité à la région d'intérêt et de résolution spatiale. Un défaut ponctuel dans un cristal est particulièrement intéressant comme capteur, car il s'agit d'un système quantique individuel protégé de son environnement. Grâce à sa stabilité et sa biocompatibilité exceptionnelles, le diamant est l’hôte cristallin par excellence pour de tels défauts quantiques.

Nous développons un capteur bidimensionnel de champ électrique utilisant les propriétés quantiques des défauts azote-lacune (NV) dans un réseau de nanopiliers en diamant.

Les premières études ont montré que les neurites (branches neuronales) s'attachent préférentiellement aux nanopiliers, ce qui favorise la proximité du capteur avec les synapses.