La méthode de fabrication des capsules et les tests de leurs performances sont apparus en ligne le 1er novembre. 2009, dans le cadre du programme de publications anticipées en ligne de la revue Matériaux naturels .

La première étape de la fabrication d'une capsule intelligente consiste à mélanger un lot de nanocubes d'argent. De minuscules cubes monocristallins d'argent peuvent être fabriqués en ajoutant du nitrate d'argent (AgNO 3 ) à une solution qui donne des électrons aux ions argent, leur permettant de précipiter sous forme d'argent solide. L'ajout d'un autre produit chimique encourage les atomes d'argent à se déposer sur certaines parties d'un cristal germe plutôt que sur d'autres, cajoler les graines pour former des cubes aux arêtes vives plutôt que des grumeaux difformes.

Une deuxième étape coupe les huit coins des cubes.

Les cubes d'argent taillés servent alors de "modèles sacrificiels, " sur laquelle prennent forme les cages d'or. Lorsque les nanocubes d'argent sont chauffés dans de l'acide cloroaurique (HAuCl 4 ), les ions d'or dans l'acide volent des électrons aux atomes d'argent dans les cubes. L'argent se dissout et l'or précipite.

Une peau d'or se forme sur les cubes d'argent lorsque les cubes sont creusés de l'intérieur. Les atomes d'argent pénètrent dans la solution par des pores qui se forment dans les coins coupés des cubes.

"Mais la partie vraiment cool, " dit Xia, "et la partie cool de la nanotechnologie en général, est que les minuscules cages en or ont des propriétés très différentes de celles de l'or en vrac. ils réagissent différemment à la lumière.

Le physicien Michael Faraday a été le premier à se rendre compte qu'une suspension de particules d'or était rouge rubis parce que les particules étaient extrêmement petites. "Son échantillon original d'un colloïde d'or est toujours au Faraday Museum de Londres, " dit Xia, Doctorat., le professeur James M. McKelvey au Département de génie biomédical. "N'est-ce pas incroyable? C'est plus de 150 ans plus tard et c'est toujours là."

La couleur est causée par un effet physique appelé résonance plasmonique de surface. Certains des électrons des particules d'or ne sont pas ancrés à des atomes individuels mais forment à la place un gaz d'électrons flottant librement. La lumière tombant sur ces électrons peut les conduire à osciller comme un seul. Cette oscillation collective, le plasmon de surface, choisit une longueur d'onde particulière, ou couleur, hors de la lumière incidente, et c'est la couleur que nous voyons.

La forte réponse à une longueur d'onde particulière, appelé résonance, c'est ce qui fait vibrer une corde de violon à un ton particulier ou permet à un enfant de donner un coup de pied haut dans le ciel en donnant un coup de pied au bon moment.

Quoi de plus, la résonance plasmonique de surface est accordable dans le même sens qu'un violon est accordable.

« Faraday a utilisé des particules solides pour fabriquer son colloïde, " commente Xia. " Vous pouvez régler la longueur d'onde de résonance en changeant la taille des particules, mais seulement dans des limites étroites. Vous ne pouvez pas atteindre les longueurs d'onde que nous voulons."

Les longueurs d'onde qu'il veut sont celles auxquelles le tissu humain est relativement transparent, afin que les cages dans la circulation sanguine puissent être ouvertes par la lumière laser projetée sur la peau.

La couleur des nanocages peut être ajustée sur une gamme plus large que celle des particules solides en modifiant l'épaisseur des parois des cages, dit Xia. Au fur et à mesure que l'or se dépose et que les coquilles s'épaississent, une suspension de nanocages passe du rouge, au violet, au bleu vif, au bleu foncé, aux longueurs d'onde dans le proche infrarouge.

L'équipe de Xia veut atteindre une fenêtre étroite de transparence tissulaire comprise entre 750 et 900 nanomètres, dans le proche infrarouge. Cette fenêtre est bordée d'un côté par les longueurs d'onde fortement absorbées par le sang et de l'autre par celles fortement absorbées par l'eau.

La lumière dans ce sweet spot peut pénétrer jusqu'à plusieurs centimètres dans le corps.

"Les gens avaient l'habitude de faire une démonstration lors des pourparlers, " Xia dit, en riant. "Ils mettaient un laser à diode rouge dans leur bouche, et le public pouvait le voir de l'extérieur, parce que la longueur d'onde de la diode est de 780 nanomètres, une longueur d'onde à laquelle la chair est assez transparente."

Ici, les choses deviennent encore plus délicates et encore plus étonnantes. La résonance a en fait deux parties. A la fréquence de résonance, la lumière peut être dispersée hors des cages, absorbé par eux, ou une combinaison de ces deux processus.

Tout comme ils peuvent régler la résonance plasmonique de surface, les scientifiques peuvent ajuster la quantité d'énergie absorbée plutôt que diffusée en manipulant la taille et la porosité des nanocages.

Xia illustre la différence entre la diffusion et l'absorption avec un merveilleux artefact romain, la coupe Lycurgue du IVe siècle. La tasse a l'air vert jade de l'extérieur mais devient rose lorsqu'elle est éclairée de l'intérieur.

L'analyse moderne montre que le verre ancien contient des nanoparticules d'un alliage argent-or qui diffuse fortement la lumière à une longueur d'onde dans la partie verte du spectre. Lorsque la tasse est éclairée de l'intérieur, cependant, la lumière verte est absorbée, et nous voyons la lumière restante, qui est majoritairement rouge, la couleur complémentaire du vert.

C'est en fait la composante d'absorption que les scientifiques exploitent pour ouvrir et fermer les nanocages. Lorsque la lumière est absorbée, elle est convertie en chaleur, et les nanocages sont recouvertes d'un polymère spécial qui réagit à la chaleur d'une manière intéressante.

Le polymère, poly(N-isopropylacrylamide), et ses dérivés ont ce qu'on appelle une température critique. Lorsqu'il atteint cette température, il subit une transformation appelée changement de phase.

Si la température est inférieure à la température critique, les chaînes polymères aiment l'eau et ressortent de la cage comme des brosses. Les brosses scellent les pores de la cage et empêchent sa cargaison de s'échapper. Si la température est supérieure à la température critique, d'autre part, les chaînes polymères évitent l'eau, rétrécir ensemble et s'effondrer. Comme ils rétrécissent, les pores de la cage s'ouvrent, et son contenu déborde.

"C'est un peu contre-intuitif, " dit Xia. " Généralement, lorsque vous montez à une température plus élevée, une molécule va se dilater, mais celui-ci fait le contraire."

Comme tout le reste de ce système, le polymère est accordable. Les scientifiques peuvent contrôler sa température critique en modifiant sa composition. Pour les applications médicales, ils règlent la température critique à un juste au-dessus de la température corporelle (37 degrés Celsius) mais bien en dessous de 42 degrés Celsius (107 degrés Fahrenheit), la température à laquelle la chaleur commencerait à tuer les cellules.

Vient ensuite la partie amusante. Une fois leurs capsules intelligentes fabriquées, les scientifiques les ont testés en les chargeant d'un colorant rouge vif appelé alazarin crimson, ou rosier garance. Le colorant a facilité la détection et la mesure de tout rejet avec un spectromètre.

Les cages ont été chargées en les secouant dans une solution du colorant à une température supérieure à la température critique du polymère intelligent. Prochain, ils ont été trempés dans un bain de glace pour déclencher le polymère pour fermer les pores et piéger le colorant à l'intérieur des cages. Les cages ont ensuite été rouvertes en les baignant à la lumière d'un laser proche infrarouge. La lumière absorbée a réchauffé les cages en or au-dessus de la température critique et a provoqué le changement de phase du polymère. Le polymère s'est effondré, les pores des cages étaient exposés, et le colorant s'est répandu.

Ensuite, l'équipe a chargé des capsules de doxorubicine, un médicament de chimiothérapie courant et, déclencher la libération du médicament avec un laser, tué les cellules cancéreuses du sein qui se développent dans des puits sur une plaque en plastique.

Et enfin, ils ont chargé les capsules avec une enzyme qui coupe les parois cellulaires des bactéries et les ont utilisées pour tuer une bactérie qui est une partie normale de la flore de notre bouche et de notre gorge.

Lucrèce, mange ton coeur.

Source :Washington University à St. Louis (actualité :web)