Les nanoparticules plasmoniques sont extrêmement sensibles à la lumière, et même la plus petite quantité peut faire chauffer ces particules. Les scientifiques essaient maintenant d'utiliser des nanoparticules plasmoniques dans le traitement du cancer, grâce auxquelles l'énergie lumineuse est convertie en chaleur afin de tuer les cellules cancéreuses. L'avantage d'un tel traitement est qu'il ne provoque pas d'effets secondaires communs à la chimiothérapie. Mingyong Han de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR et ses collègues ont maintenant développé des nanocroix plasmoniques d'or qui sont particulièrement adaptées à l'élimination des cellules cancéreuses dans le traitement du cancer. L'équipe a démontré l'utilité de ces nanocroisements en les utilisant pour tuer les cellules cancéreuses du poumon humain.

En général, les nanostructures métalliques ont une fréquence particulière à laquelle la lumière excite des électrons près de leur surface. Le mouvement collectif des électrons, ou résonance, dans le métal est ce qui convertit l'énergie lumineuse en chaleur. La longueur d'onde à laquelle la résonance se produit dépend fortement de la taille et de la forme des nanostructures.

Pour les applications biomédicales, les nanostructures doivent être efficaces quelle que soit la direction à partir de laquelle elles sont éclairées. Par ailleurs, les nanostructures devraient être efficaces pour absorber les longueurs d'onde de l'infrarouge proche à moyen car le tissu est transparent à la lumière de ces longueurs d'onde.

Sur la base de ces exigences, les chercheurs ont décidé de faire des nanocroix en or (voir image). En synthèse normale, cependant, l'or prendrait généralement la forme de nanotiges. Pour fabriquer des nanocroix, les chercheurs ont ajouté des ions de cuivre à la solution de croissance. L'incorporation de petites quantités de cuivre a provoqué un jumelage de la structure cristalline de l'or, ce qui à son tour a conduit à la croissance des bras latéraux des facettes de cristal. « La structure en or unique en forme de croix permet à une excitation multidirectionnelle d'obtenir une forte résonance plasmonique dans le proche et moyen infrarouge. Cela réduit considérablement la puissance laser requise pour la thérapie photothermique du cancer par rapport aux nanotiges, ", dit Han.

Les chercheurs ont testé les performances de leurs nanocroix d'or en modifiant leurs surfaces et en les liant à des cellules cancéreuses pulmonaires humaines. Lorsqu'il est irradié avec une lumière laser proche infrarouge de puissances relativement modestes de 4,2 W/cm ² pendant 30 secondes, toutes les cellules cancéreuses ont été tuées. Les chercheurs prévoient maintenant de tester l'efficacité des nanocroix d'or sur des modèles animaux dans de futures expériences.

D'autres applications des nanocroix d'or sont également possibles, dont l'imagerie photothermique, dans lequel de petites quantités de lumière sont converties en chaleur locale, ou la stérilisation des surfaces. « Dans nos recherches actuelles, nous étudions des nanocroix d'or pour la destruction photothermique de superbactéries sur des biofilms, ", dit Han.