Un nouveau matériau aux propriétés antifongiques et antitumorales a été développé par des chercheurs du Centre de Développement de Matériaux Fonctionnels (CDMF), l'un des chercheurs, Centres d'innovation et de diffusion (RIDC) soutenus par la Fondation de recherche de São Paulo—FAPESP. Le CDMF est hébergé par l'Université fédérale de São Carlos (UFSCar) dans l'État de São Paulo, Brésil.

Le composé a été obtenu à partir d'un échantillon de tungstate d'argent pur (α-Ag 2 WO 4 ) irradiées avec des électrons et de la lumière laser par impulsions de quelques femtosecondes. Une femtoseconde est un quadrillionième de seconde, l'échelle de temps des réactions chimiques impliquant des échanges d'électrons entre atomes et molécules. Le nouveau matériel est décrit dans un article publié dans Rapports scientifiques .

L'utilisation croissante des semi-conducteurs a déclenché le développement de nouveaux matériaux avec un large éventail d'applications technologiques. Une famille de semi-conducteurs en particulier qui a attiré l'attention des chercheurs en science des matériaux est celle des oxydes ternaires de tungstène, tels que les tungstates métalliques.

Tungstate d'argent, qui appartient à cette famille, est un matériau inorganique important avec des applications dans la photocatalyse et les photocommutateurs ou comme alternative aux semi-conducteurs conventionnels à large bande interdite. Les chercheurs affiliés au CDMF étudient le tungstate d'argent depuis des années.

« Dans une expérience réalisée en 2018, dans lequel le tungstate d'argent a été irradié avec des électrons, nous avons observé au microscope électronique l'apparition de minuscules « poils » qui poussaient sur les molécules du matériau. Ce n'étaient rien d'autre que des filaments de nanoparticules extraites du tungstate d'argent par irradiation électronique, " a déclaré Elson Longo, Professeur émérite du département de chimie de l'UFSCar et chercheur principal du CDMF.

"L'argent est un élément chimique aux propriétés bactéricides. Le tungstate d'argent possède également ces propriétés, mais ce que nous avons trouvé le plus frappant, c'est qu'après avoir été modifié par irradiation électronique et construction de filaments d'argent, le composite a montré une activité antifongique qui était 32 fois plus efficace qu'avant l'irradiation."

L'activité antifongique du composite modifié a été vérifiée chez Candida albicans, le champignon qui cause la candidose et le muguet. Les chercheurs ont cultivé le champignon dans des boîtes de Pétri. Ils connaissaient déjà la quantité minimale de tungstate d'argent nécessaire pour éliminer le champignon et ont appliqué la même quantité de composite modifié à la culture. Le résultat observé était similaire.

Les chercheurs ont ensuite réduit de moitié le volume de la substance et répété la procédure, éliminer à nouveau le champignon. Ils ont répété la procédure 32 fois au total, toujours avec des résultats antifongiques satisfaisants, démontrant que les propriétés antifongiques du composite modifié étaient 32 fois plus puissantes que celles du tungstate d'argent d'origine.

L'action antitumorale du composite a été testée dans des cellules cancéreuses de la vessie de souris, qui ont été exposés pendant 24 heures à différentes concentrations (4,63 microgrammes par millilitre, 11,58 g/mL, 23,16 g/mL, et 46,31 g/mL).

Selon Longo, les résultats ont montré une réduction significative de la viabilité cellulaire. Le meilleur résultat a été obtenu avec une concentration de 11,58 g/mL lorsque la viabilité des cellules cancéreuses de la vessie a chuté de 80 %.

Après avoir démontré les propriétés antifongiques et antitumorales du composite, les chercheurs du CDMF et de l'UFSCar ont étudié son innocuité pour une utilisation future chez des patients humains.

Quatre concentrations du composite de tungstate d'argent irradié qui étaient au-dessus de la plage optimale d'activité fongicide (3,9 g/mL—31,2 g/mL) ont été étudiées dans une lignée cellulaire de fibroblastes gingivaux humains.

Après incubation pendant 24 heures, l'effet du composite sur la viabilité cellulaire, la prolifération et la morphologie ont été évaluées par dosage fluorométrique quantitatif et microscopie électronique à balayage.

"Nous n'avons trouvé aucune perte statistiquement significative de la viabilité cellulaire à ces concentrations par rapport au témoin, montrant que le composite ne présente aucun risque pour la santé humaine, " dit Longo.

Dualité onde-particule

L'étude a également atteint l'étape scientifique importante de la démonstration expérimentale de la dualité onde-particule. La dualité onde-particule est une propriété fondamentale de la matière proposée en 1924 par le physicien français Louis-Victor de Broglie (1892-1987), selon qui les électrons et autres morceaux discrets de matière, jusqu'alors considérés comme des particules matérielles, pourrait aussi avoir des propriétés ondulatoires, selon l'expérience.

« En 1929, le prix Nobel de physique a été décerné à de Broglie pour la découverte que toute matière peut avoir des propriétés ondulatoires. Au cours des neuf décennies qui ont suivi, la dualité onde-particule a été observée et prouvée dans un grand nombre d'expériences scientifiques, mais jusqu'à maintenant, personne ne l'a démontré expérimentalement en utilisant des faisceaux de particules [des électrons dans ce cas] et des faisceaux d'ondes [laser] pour obtenir des altérations identiques dans des matériaux composés, " dit Longo.

"Quand nous avons réalisé que le rayonnement électronique produisait des filaments de nanoparticules d'argent sur du tungstate d'argent, nous avons décidé de rechercher si le même résultat pouvait être obtenu en utilisant la lumière laser, prouvant ainsi expérimentalement la dualité onde-particule proposée par de Broglie il y a 95 ans."

La littérature scientifique pointe actuellement l'utilisation croissante du rayonnement laser femtoseconde dans le traitement des matériaux comme technique d'obtention de nouveaux composés aux propriétés très attractives capables de conduire des avancées technologiques.

"Au cours du processus d'irradiation aux électrons, un désordre structurel est introduit dans les électrons du tungstate d'argent, et cela joue un rôle clé dans la nucléation et la croissance des filaments d'argent, " dit Longo.

En principe, la ségrégation des atomes d'argent par le rayonnement laser femtoseconde devrait se produire de la même manière mais devrait théoriquement être plus rapide car une impulsion laser femtoseconde peut fournir une puissance maximale en très peu de temps.

"Compte tenu de la vitesse de ségrégation attendue, donc, la morphologie de ces nanoparticules d'argent aurait théoriquement tendance à être différente sous faisceau d'électrons et rayonnement laser femtoseconde, " dit Longo.

Les résultats pratiques correspondaient exactement à la théorie. Lorsqu'il est soumis à un rayonnement laser femtoseconde, la surface du tungstate d'argent était recouverte de filaments de nanoparticules d'argent.

"En faisant cela, nous avons réussi à obtenir exactement le même résultat qu'avec le rayonnement électronique, démontrer la dualité onde-particule dans la pratique, " dit Longo.