(Phys.org) — Les effets macroscopiques de certaines nanoparticules sur la santé humaine sont depuis longtemps évidents à l'œil nu. Ce qui manquait aux scientifiques, c'est la capacité de voir les mouvements détaillés des particules individuelles qui donnent lieu à ces effets.

Dans une étude récemment publiée, des scientifiques du Virginia Tech Carilion Research Institute ont inventé une technique d'imagerie de la dynamique des nanoparticules avec une résolution atomique, car cette dynamique se produit dans un environnement liquide. Les résultats permettront, pour la première fois, l'imagerie de processus à l'échelle nanométrique, comme l'engloutissement des nanoparticules dans les cellules.

"Nous avons été stupéfaits de voir la mobilité à grande distance dans de si petits objets, " a déclaré Deborah Kelly, professeur adjoint au Virginia Tech Carilion Research Institute. "Nous avons maintenant un système pour observer le comportement des nanoparticules thérapeutiques à une résolution atomique."

Les nanoparticules sont constituées de nombreux matériaux et se présentent sous différentes formes et tailles. Dans la nouvelle étude, Kelly et ses collègues ont choisi de faire des nanoparticules d'or en forme de bâtonnets les vedettes de leurs nouveaux films moléculaires. Ces nanoparticules, à peu près la taille d'un virus, sont utilisés pour traiter diverses formes de cancer. Une fois injecté, ils s'accumulent dans les tumeurs solides. Le rayonnement infrarouge est ensuite utilisé pour les chauffer et détruire les cellules cancéreuses voisines.

Pour observer de près les nanoparticules d'or en action, les chercheurs ont fabriqué une chambre microfluidique étanche au vide en pressant deux puces semi-conductrices en nitrure de silicium avec une entretoise de 150 nanomètres entre les deux. Les micropuces contenaient des fenêtres transparentes pour que le faisceau d'un microscope électronique à transmission puisse passer à travers pour créer une image à l'échelle atomique.

Grâce à la nouvelle technique, les scientifiques ont créé deux types de visualisations. Le premier comprenait des images de structures atomiques de nanoparticules individuelles à 100, Grossissement de 000 fois – les images à la plus haute résolution jamais prises de nanoparticules dans un environnement liquide.

La deuxième visualisation était un film capturé à 23, Un grossissement de 000 fois qui a révélé les mouvements d'un groupe de nanoparticules réagissant à un faisceau d'électrons, qui imite les effets du rayonnement infrarouge utilisé dans les thérapies contre le cancer.

Dans le film, les nanoparticules d'or peuvent être vues surfer sur des raz de marée à l'échelle nanométrique.

"Les nanoparticules se sont comportées comme des grains de sable concentrés sur une plage par le fracas des vagues, " a déclaré Kelly. "Nous pensons que ce comportement peut être lié à la raison pour laquelle les nanoparticules se concentrent dans les tumeurs. Notre prochaine expérience sera d'insérer une cellule cancéreuse pour étudier les effets thérapeutiques des nanoparticules sur les tumeurs."

L'équipe teste également la résolution du système microfluidique avec d'autres réactifs et matériaux, rapprocher les chercheurs de la visualisation de mécanismes biologiques vivants en action aux plus hauts niveaux de résolution possible.

L'étude est parue dans Communications chimiques dans l'article « Visualisation de la mobilité des nanoparticules dans un liquide à résolution atomique ».