TERS offre plusieurs avantages dans l'étude des biomolécules par rapport aux autres techniques spectroscopiques et microscopiques. Elle permet de pallier le faible rapport signal/bruit qui freine certaines applications biologiques et d'éviter ainsi l'utilisation de volumes d'échantillons plus importants.
Le TERS (Tip-Enhanced Raman Spectroscopy) offre plusieurs avantages dans l'étude des biomolécules par rapport aux autres techniques spectroscopiques et microscopiques. Par exemple, elle permet de surmonter le faible rapport signal/bruit qui freine certaines applications biologiques et d'éviter ainsi l'utilisation de volumes d'échantillons plus importants. En effet, le TERS fournit un signal Raman amplifié, similaire à celui observé en spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS), tout en offrant une résolution nanométrique, ce qui permet potentiellement de sonder des molécules uniques.98. D'autres méthodes d'étude de la composition chimique à l'échelle nanométrique, telles que les méthodes de fluorescence à super-résolution ou les méthodes d'étude de la morphologie comme la microscopie électronique à balayage, sont disponibles ; cependant, elles nécessitent presque toujours un marquage par fluorescence ou une coloration aux métaux lourds. La spectroscopie TERS permet d'obtenir la composition chimique et la morphologie à l'échelle nanométrique sans marquage. Le TERS a été utilisé pour étudier de nombreux biomatériaux tels que les monocouches d'acides aminés et de nucléobases, les protéines, les assemblages de protéines macromoléculaires, les acides nucléiques, les surfaces cellulaires et leurs interactions.
Certaines des premières études TERS sur les biomatériaux se sont concentrées sur des composants purs, comme les nucléobases 99-101 et les acides aminés 101-104. Il a été montré que les nucléobases normales A, T, G, C adsorbées séparément sur une surface en quantités de picomoles pouvaient être différenciées en fonction de leurs spectres TER 99. Plus tard, elles ont également été identifiées dans des acides nucléiques avec le TERS, ce qui fait du TERS une nouvelle méthode de séquençage sans marquage 105,106,107,108. Des spectres TER ont été obtenus à partir de monocouches de cystine et d'histidine, qui ont révélé différents états d'ionisation adsorbés sur une surface d'or 109,110. Un degré similaire de spécificité chimique a également été démontré dans les protéines. Par exemple, les spectres TER obtenus à partir du cytochrome c ont montré non seulement des caractéristiques spectrales distinctes de l'acide aminé et de l'hème, mais également des variations dues à une orientation moléculaire différente 112. Cela n’est pas surprenant, car les spectres TER diffèrent des spectres Raman et SER normaux en évitant un signal moyen et en sondant seulement quelques molécules à la fois.
Plus récemment, le TERS a été appliqué à l'étude d'échantillons biologiques plus complexes. Les compositions chimiques de surface de grands assemblages protéiques, tels que les fibrilles amyloïdes et les nanorubans peptidiques, ont été étudiées. Par exemple, la composition de surface d'acides aminés tels que la cystéine, la tyrosine, la proline et l'histidine, ainsi que la composition d'éléments de structure secondaire tels que les régions d'hélice α et de feuillet β des fibrilles d'insuline ont été caractérisées 104. De plus, différents polymorphes de fibrilles d'insuline ont été différenciés sur la base de cette caractérisation de surface. Ceci est important car les polymorphes d'une même fibrille présentent des niveaux de cytotoxicité différents, influencés par des propriétés de surface telles que l'hydrophobicité. le TERS a le potentiel de sonder uniquement la composition de surface et d'éviter le signal correspondant à la structure globale des fibrilles.
Français La composition biochimique d'autres systèmes multicomposants, tels que la surface des cellules bactériennes, des cellules virales et des cellules humaines, a été étudiée 114,115,116,117. Les contributions des molécules lipidiques de surface, de l'ARN et des protéines ont été identifiées dans les spectres TER obtenus. Par exemple, les compositions des protéines d'enveloppe virale et de l'ARN ont été identifiées à partir du virus de la mosaïque du tabac 114. Plus récemment, les interactions de surface cellulaire telles que l'interaction antigène-anticorps ont été étudiées à l'aide de TERS. Les anticorps ont été conjugués à des nanoparticules qui peuvent être localisées à la surface d'une cellule par microscopie conventionnelle lors de leur liaison à l'antigène de surface, après quoi ces zones ont été spécifiquement étudiées par TERS 119. Cela a permis une méthode ciblée d'étude de petites zones d'intérêt sur de grandes surfaces cellulaires complexes de taille micrométrique. Une protéine membranaire a également été détectée à la surface d'une cellule érythrocytaire humaine immergée dans un liquide 120. Cette méthode prometteuse permet d’étudier les biomolécules dans leur état natif et réduit l’échauffement des échantillons dû au laser et au photoblanchiment, et elle reste à explorer davantage.
