(PhysOrg.com) -- De nos jours, la vie quotidienne serait inconcevable sans les nanotechnologies. Il est également omniprésent dans la technologie médicale, à la fois en thérapie et en diagnostic. Des chercheurs de l'ETH Zurich ont maintenant préparé des nanoparticules d'argent dans le cadre d'une étude interdisciplinaire de telle sorte qu'elles offrent un potentiel supplémentaire dans ce domaine.

Nanoparticules d'argent, inférieur au dix millième de millimètre, possèdent des propriétés optiques particulières qui recèlent particulièrement des applications prometteuses pour la technologie médicale. Seul problème :les nanoparticules d'argent dégagent des ions d'argent, qui sont toxiques pour les cellules. Des scientifiques dirigés par Sotiris Pratsinis, professeur au Laboratoire de technologie des particules de l'ETH Zurich de l'Institut de génie des procédés, ont maintenant réussi à préparer les particules d'argent de manière à éviter qu'elles libèrent des ions toxiques tout en laissant intactes leurs propriétés optiques – dites plasmoniques. Cela signifie que les particules peuvent être utilisées en médecine comme capteurs plasmoniques pour identifier des agents pathogènes ou à des fins thérapeutiques.

Une couche de dioxyde de silicium protège les cellules

Pour contourner le problème de la toxicité, les scientifiques ont recouvert les nanoparticules d'une couche de dioxyde de silicium de deux nanomètres d'épaisseur au cours d'une procédure spéciale. Dans sa thèse de doctorat dirigée par Pratsinis, Georgios Sotiriou a comparé l'impact des nanoparticules d'argent non traitées avec des nanoparticules enrobées seulement partiellement et complètement dans une série d'expériences.

Dans le cas des particules complètement enrobées, la coque transparente n'affecte pas les propriétés lumineuses particulières de ces biocapteurs. Et comme les ions d'argent ne peuvent pas pénétrer dans la coquille, il n'y a aucun danger pour les cellules. Pour le démontrer, les scientifiques ont fait équipe avec Sven Panke, professeur au Département des biosystèmes de l'ETH Zurich, et ajouté des bactéries Eschericha coli aux particules, qui a continué à se reproduire indemne.

Utiliser les effets quantiques

Les propriétés plasmoniques particulières découlent des effets quantiques des électrons dans les nanoparticules d'argent :la lumière interagit avec les électrons à la surface des capteurs plasmoniques, les faisant osciller. La lumière entrante est ainsi fortement absorbée et diffusée. Les capteurs plasmoniques brillent donc sous l'éclairage dit en champ sombre. Par conséquent, ils sont juste le ticket pour détecter les virus, bactéries ou cellules cancéreuses, par exemple, ou le transport de médicaments appliqués aux capteurs à un endroit spécifique du corps humain.

Equipé d'un anticorps, les particules peuvent être attachées à des biomolécules prédéterminées. De plus, en collaboration avec Janos Vörös, professeur à l'Institut de génie biomédical de l'ETH Zurich, les scientifiques ont pu montrer qu'ils peuvent également être utilisés comme capteurs dits sans étiquette. Cela signifie que toutes les molécules de protéines présentes dans la circulation sanguine adhèrent au capteur uniquement par absorption physique entre la molécule et la surface du capteur et peuvent ainsi être détectées. Cela a été révélé dans des expériences utilisant de l'albumine de sérum bovin comme molécule de protéine modèle. Les molécules de protéines collées aux capteurs déclenchent un changement local de l'indice de réfraction sur les capteurs plasmoniques. L'indice de réfraction plus élevé de la solution provoque un décalage de l'absorption optique du capteur vers une longueur d'onde lumineuse plus élevée. Cela rend les biomolécules visibles, ce qui signifie qu'ils peuvent être détectés facilement.

Mais les nanoparticules d'argent préparées ont également un autre avantage, souligne Sotiriou :« Les nanoparticules enrobées sont stables dans les suspensions sériques, sans que nous ayons à ajouter des substances qui pourraient interrompre l'expérience.

Transport également possible

Dans une étude de suivi récemment publiée dans Chemistry of Materials, L'équipe de Pratsinis décrit comment la fonctionnalité des nanoparticules d'argent recouvertes de dioxyde de silicium peut être encore améliorée :en collaboration avec Ann Hirt, professeur de l'Institut de géophysique de l'ETH Zurich, les chercheurs recouvrent ensemble un oxyde de fer et une particule d'argent, rendant ainsi le biocapteur magnétique également.

Ces particules multifonctionnelles peuvent se lier à des cellules particulières (par exemple des cellules cancéreuses comme les cellules HeLa) et ainsi les détecter, comme l'ont démontré les expériences menées à l'Institut de biochimie de l'ETH Zurich en collaboration avec Pierre-Yves Lozach. Les propriétés magnétiques des particules signifient désormais également que les particules peuvent être guidées vers un certain endroit. Les nanoparticules d'argent pourraient s'accrocher aux cellules cancéreuses et les éliminer localement en utilisant la chaleur d'un champ magnétique à haute énergie ou d'un rayonnement infrarouge. « Cela constitue une alternative extrêmement intéressante pour la destruction non invasive des tumeurs, ", souligne Pratsinis.