(Phys.org) — Une protéine du sang de vache a la capacité remarquable d'empêcher les nanoparticules d'or de s'agglomérer dans une solution. La découverte pourrait conduire à des applications biomédicales améliorées et contribuer à des projets qui utilisent des nanoparticules dans des environnements difficiles.

L'albumine de sérum bovin (BSA) forme une protéine " couronne " autour des nanoparticules d'or qui les empêche de s'agréger, en particulier dans les environnements riches en sel comme l'eau de mer. La nouvelle recherche des laboratoires de l'Université Rice des chimistes Stephan Link et Christy Landes a été publiée par la revue American Chemical Society ACS Chimie et Ingénierie Durables .

Link s'intéresse principalement aux propriétés plasmoniques des nanoparticules. Le travail de Landes intègre la liaison aux protéines et le transport moléculaire. La recherche BSA combine leurs talents uniques avec ceux de Sergio Dominguez-Medina, un étudiant diplômé du laboratoire de Link qui a étudié pour devenir physicien à Monterrey Tech et a été attiré par ce projet interdisciplinaire lors d'une bourse de premier cycle au laboratoire Rice de Link.

"Initialement, nous voulions examiner les nanoparticules en solution avec quelque chose qu'elles rencontreraient fréquemment dans le sang :l'albumine sérique, " Landes a dit. " Dans nos premières expériences, Sergio a signalé le très efficace, liaison raisonnablement rapide et irréversible au moment où il a mis des nanoparticules dans une solution contenant de l'albumine sérique."

"Il s'est avéré que le sel est en fait le moteur de cette liaison, ", a déclaré Dominguez-Médina.

Sans BSA, les nanoparticules d'or dans une solution salée s'agrègent rapidement et tombent au fond. "Cela en soi n'est pas souhaitable pour des applications biomédicales ou industrielles, car cela pourrait entraîner des problèmes de toxicité, " dit-il. " Les nanoparticules deviennent plus hydrophobes car en présence de sels, les charges excédentaires à la surface (qui découragent l'agglutination) sont en fait supprimées." Mais si BSA est présent, les protéines sont attirées vers les nanoparticules plus rapidement que les particules ne sont attirées les unes vers les autres.

"Une fois la protéine liée, il offre une super protection contre tout type d'agrégation induite par le sel. Nous pensons que cela pourrait être utilisé pour la stabilisation de nanoparticules dans des environnements où, à l'heure actuelle, il n'a pas été atteint, ", a déclaré Dominguez-Médina.

Il a déclaré que la découverte offre également la possibilité que les nanoparticules puissent être rendues plus compatibles pour le traitement des humains en utilisant la propre albumine d'un patient. "L'albumine est vraiment facile à purifier et le processus est bien établi, " il a dit.

La capacité des nanoparticules d'or à absorber et à rediriger la lumière est au cœur de plusieurs technologies révolutionnaires développées à Rice et ailleurs. Le plus notable est un traitement du cancer à base de nanoparticules actuellement testé sur l'homme qui a été développé par le professeur Naomi Halas et l'ancienne collègue de Rice Jennifer West, et le projet de Halas de convertir l'énergie solaire directement en vapeur pour l'assainissement et la purification de l'eau.

« La seule façon dont les nanoparticules présentent leurs très belles propriétés optiques dans des fréquences optiques très spécifiques est de les séparer, ", a déclaré Landes.

Parce que les nanoparticules d'or pur sont si hydrophobes, ils s'agglutinent naturellement dans une solution à moins qu'ils ne soient traités chimiquement. "Beaucoup d'efforts industriels sont déployés pour garder les objets hors des surfaces, comme les lentilles de contact et les coques de navires, " dit-elle. " Cela implique de modifier chimiquement les surfaces pour empêcher l'adsorption indésirable, ou dans le cas des nanoparticules, agrégation indésirable."

Protéger la surface coûte cher, dit Link. "Mais nous avons découvert que nous pouvions prendre des nanoparticules préparées de la manière la moins chère, avec un revêtement en citrate de sodium qui stabilise les particules par répulsion électrostatique, et ajouter BSA, qui enrobe les particules et les rend vraiment stables."

L'albumine est la protéine la plus répandue dans le sang, et la version bovine partage 98 pour cent de sa séquence d'acides aminés avec l'albumine sérique humaine. « L'un de ses principaux objectifs, biologiquement, est de prendre des choses qui ne sont pas solubles dans l'eau, s'y lier et les rendre solubles, " Landes a dit. " Quand vous le combinez avec des nanoparticules d'or, BSA échange ses places avec le citrate bon marché, ce qui n'est pas une bonne couche protectrice, pour former la couronne monocouche, qui est très fort et protecteur."

L'eau de mer est la définition même d'un environnement hostile, dit Landes. "L'un des problèmes avec les applications de dessalement et, de la même manière, avec des piles à combustible, est que les conditions salines ou acides sont très corrosives, " dit-elle. " C'est pourquoi vous devez utiliser des électrodes de platine dans les piles à combustible - pas parce qu'elles sont meilleures que des matériaux moins chers à la catalyse, mais parce qu'elles ne se corrodent pas dans un environnement difficile. » Elle voit des promesses pour les nanoparticules d'or traitées au BSA dans les deux applications.

Les chercheurs examinent maintenant dans quelle mesure les nanoparticules d'or conservent leur couronne d'albumine avec une utilisation répétée. "L'or est cher, " Landes a dit. " Mais la beauté de celui-ci est que si vous pouvez le réutiliser, cela ne vous coûte qu'une fois."

Ils veulent également utiliser la spectroscopie pour voir comment le mécanisme de liaison fonctionne en temps réel, dit Link. « Nous voulons étudier ce qui se passe à l'interface des nanoparticules et des milieux biologiquement pertinents » qui pourraient éventuellement inclure de l'ADN, ARN et médicaments pour la livraison aux cellules, il a dit.

Plans de lien pour voir comment BSA peut être utilisé en combinaison avec des nanotiges d'or. Parce que les propriétés plasmoniques des nanotiges peuvent être ajustées, "nous pouvons les faire entrer dans la fenêtre biologique, qui est la lumière proche infrarouge, " dit-il. Le proche infrarouge des lasers est utilisé pour activer, par chauffage, Les nanocoquilles cancérigènes de Halas et West. Les nanotiges peuvent également offrir des moyens de combiner la BSA et d'autres protéines utiles en enrobant les pointes et les côtés séparément.