Les nanostructures appelées BRIGHT recherchent des biomarqueurs sur les cellules, puis émettent un faisceau lumineux pour révéler leurs emplacements. Dans le petit espace entre la peau d'or et le noyau d'or du BRIGHT clivé (visible en haut à gauche), il y a un point chaud électromagnétique qui éclaire les molécules reporter piégées là-bas. Crédit :Naveen Gandra
(Phys.org)—Appelé BRIGHTs, les minuscules sondes décrites dans le numéro en ligne de Matériaux avancés le 15 novembre, se lier aux biomarqueurs de la maladie et, lorsqu'il est balayé par un laser infrarouge, s'allument pour révéler leur emplacement.
Tout petits qu'ils soient, les sondes sont des objets d'une conception exquise :des nanoparticules d'or recouvertes de molécules appelées reporters Raman, à son tour recouvert d'une fine coquille d'or qui forme spontanément un dodécaèdre.
Les reporters Raman sont des molécules dont les atomes agités répondent à une sonde laser en diffusant la lumière à des longueurs d'onde caractéristiques.
La coque et le noyau créent un point chaud électromagnétique dans l'espace qui les sépare, ce qui multiplie les émissions des reporters par un facteur de près d'un billion.
Les BRIGHTs brillent d'environ 1,7 x 10 11 plus brillamment que les reporters Raman isolés et environ 20 fois plus intensément que la sonde concurrente la plus proche, dit Srikanth Singamaneni, Doctorat, professeur adjoint de génie mécanique et de science des matériaux à la School of Engineering &Applied Science de l'Université de Washington à St. Louis.
Goosing le signal des journalistes de Raman
Singamaneni et son associé de recherche postdoctoral Naveen Gandra, Doctorat, essayé plusieurs conceptions de sondes différentes avant de choisir BRIGHTS.
Le laboratoire de Singamaneni travaille depuis des années avec la spectroscopie Raman, une technique spectroscopique qui est utilisée pour étudier les modes vibrationnels (flexion et étirement) des molécules. La lumière laser interagit avec ces modes et la molécule émet alors de la lumière à des longueurs d'onde supérieures ou inférieures caractéristiques de la molécule,
Diffusion Raman spontanée, comme s'appelle ce phénomène, est par nature très faible, mais il y a 30 ans, les scientifiques sont tombés par hasard sur le fait qu'il est beaucoup plus fort si les molécules sont adsorbées sur des surfaces métalliques rugueuses. Ensuite, ils ont découvert que les molécules attachées aux nanoparticules métalliques brillent encore plus que celles attachées aux surfaces rugueuses.
L'augmentation d'intensité de la diffusion Raman améliorée en surface, ou SERS, est potentiellement énorme. "Il est bien connu que si vous prenez en sandwich des reporters Raman entre deux matériaux plasmoniques, comme l'or ou l'argent, vous allez voir une amélioration spectaculaire de Raman, " dit Singamaneni.
À l'origine, son équipe a essayé de créer des points chauds électromagnétiques intenses en collant des particules plus petites sur une particule centrale plus grande, créer des assemblages cœur-satellite qui ressemblent à des marguerites.
"Mais nous avons réalisé que ces assemblages ne sont pas idéaux pour la bio-imagerie, " il dit, "parce que les particules étaient maintenues ensemble par de faibles interactions électrostatiques et que les assemblages allaient se séparer dans le corps."
Ensuite, ils ont essayé d'utiliser quelque chose appelé chimie Click pour créer des liaisons covalentes plus fortes entre les satellites et le noyau.
« Nous avons eu un certain succès avec ces assemblées, " Singamaneni dit, "mais entre-temps, nous avions commencé à nous demander si nous ne pouvions pas créer un point chaud électromagnétique dans une seule nanoparticule plutôt qu'entre des particules.
"Il nous est venu à l'esprit que si nous plaçons des reporters Raman entre le noyau et la coquille d'une seule particule, nous pourrions créer un point chaud interne."
Cette idée a fonctionné comme un charme.
Un arc-en-ciel de sondes distribuant soigneusement des médicaments ?
L'étape suivante, dit Singamaneni, est de tester BRIGHTS in vivo dans le laboratoire de Sam Achilefu, Doctorat, professeur de radiologie à la faculté de médecine.
Mais il réfléchit déjà à des moyens de tirer le meilleur parti de la conception.
Étant donné que différentes molécules rapporteurs Raman répondent à différentes longueurs d'onde, Singamaneni dit, il devrait être possible de concevoir des BRIGHTS ciblés sur différentes biomolécules qui ont également différents rapporteurs Raman, puis de les surveiller tous simultanément avec la même sonde lumineuse.
Et lui et Gandra aimeraient combiner BRIGHTS avec un conteneur de drogue quelconque, afin que les conteneurs puissent être suivis dans le corps et le médicament et libérés uniquement lorsqu'il a atteint le tissu cible, évitant ainsi de nombreux effets secondaires que les patients redoutent.
Bonnes choses, comme ils disent, venir en petits paquets.
