Créer et manipuler des particules composées de quelques atomes seulement est le travail d'une journée pour le Dr Richard Tilley.

Tilley, professeur agrégé à la Victoria's School of Chemical and Physical Sciences, dirige le groupe de recherche sur les nanoparticules et les points quantiques de l'École.

Détecter et traiter les tumeurs cancéreuses, trouver des solutions énergétiques durables et créer de nouveaux produits à utiliser dans les industries pharmaceutique et automobile ne sont que quelques-unes des applications sur lesquelles le groupe se concentre.

Depuis son arrivée en 2003, Tilley, qui est également chercheur principal au MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology, a propulsé la capacité de recherche sur les nanoparticules de Victoria à l'avant-garde des efforts internationaux.

Son groupe de recherche est l'un des rares au monde à pouvoir créer des nanoparticules de différentes tailles et formes. Son travail est soutenu par d'importantes subventions publiques, et ses conclusions sont régulièrement publiées dans les meilleures revues mondiales de recherche en chimie et en nanotechnologie.

Le groupe comprend des Masters, Chercheurs doctorants et postdoctoraux, collaborateurs du MacDiarmid Institute, d'autres universités et instituts de recherche néo-zélandais, et un certain nombre de chercheurs internationaux prestigieux.

La beauté des nanoparticules

Les nanoparticules suscitent un intérêt scientifique mondial en raison de leurs applications potentielles, notamment dans les domaines de la recherche biomédicale et des procédés industriels.

"Notre objectif est de les utiliser au profit de la science et, finalement, humanité, " dit Tilley.

Les propriétés uniques des nanoparticules résultent de la surface de leur structure. Lorsque la taille d'un matériau approche de l'échelle nanométrique, le pourcentage d'atomes à la surface augmente, conduisant à de nouvelles propriétés chimiques et physiques.

Le groupe de Richard utilise des techniques de chimie en phase de solution qui impliquent la croissance de petits cristaux dans une solution liquide, puis en ajoutant ce qui sont essentiellement des molécules de savon. Ceux-ci se lient aux surfaces des particules avec des forces différentes. Les chercheurs manipulent ensuite soigneusement la taille et la forme, créant des milliers de nanoparticules visuellement frappantes qui réagissent de nouvelles manières.

Les formes uniques de nanoparticules que son équipe est capable de créer vont des carrés et des pentagones aux formes pointues plus élaborées, et possèdent des propriétés telles qu'un magnétisme accru et la capacité d'émettre de la lumière.

"Même si je fais ça depuis plus d'une décennie, J'ai toujours un énorme buzz à chaque fois que je regarde au microscope les nouvelles particules que nous pouvons créer en labo, " dit Tilley.

Détecter les tumeurs grâce aux nanoparticules magnétiques

L'un des domaines de réussite du groupe est la production de nanoparticules hautement magnétiques destinées à des applications biotechnologiques, comme la détection de tissus cancéreux.

Avec le professeur Ian Hermans du Malaghan Institute of Medical Research, Dr Peter Ferguson du Wellington Public Hospital et des chercheurs du MacDiarmid Institute et de Callaghan Innovation, l'équipe a développé une nouvelle forme de nanoparticules de fer métallique qui ne rouillent pas.

Les particules peuvent être utilisées comme agent de contraste dans les examens d'imagerie par résonance magnétique (IRM), mettant en évidence les structures internes du corps et diagnostiquant les problèmes de santé. " dit Tilley.

"Un autre avantage est que les nanoparticules de fer magnétique peuvent être chauffées pendant qu'elles sont dans le corps, ils ont donc le potentiel d'être utilisés pour tuer les cellules cancéreuses, ainsi que de les détecter."

L'un des axes commerciaux du groupe est la fabrication des pots catalytiques des véhicules, qui contrôlent les niveaux de toxicité des gaz d'échappement, plus efficace et abordable.

"Dans un convertisseur typique, seulement environ 10 pour cent des nanoparticules sont réellement actives, et ils sont fabriqués à partir de métaux coûteux tels que le platine et le palladium, " dit Tilley. " Cependant, notre équipe a développé une nouvelle nanoparticule composite, composé de deux éléments différents, qui affiche des propriétés catalytiques beaucoup plus efficaces."

Gadgets de pointe

Au cœur de la recherche du groupe se trouve la suite de microscopes électroniques de plusieurs millions de dollars de Victoria qui abrite des microscopes électroniques à balayage et à transmission qui sont essentiels pour l'examen des nanomatériaux.

Le microscope électronique à transmission, au cœur du travail de l'équipe de Richard, leur permet de voir la taille et la forme des particules qu'ils créent, et de contrôler les propriétés des nanoparticules.

Le microscope est utilisé pour examiner des échantillons ultra-minces, et a été récemment amélioré.

Avec une résolution plus élevée et un nouvel appareil photo numérique, Tilley et son équipe peuvent désormais observer des nanoparticules à l'échelle de 0,15 nanomètre, soit environ un milliardième de mètre.

"Une caractéristique intéressante est la vitesse d'imagerie plus rapide de la caméra, " dit Tilley. " Cela nous permet de créer et d'analyser des vidéos de nanoparticules en mouvement et en interaction pour la première fois. "

Les microscopes à balayage, utilisé principalement par les chercheurs du MacDiarmid Institute, ont également été améliorés. Ces microscopes utilisent un faisceau d'électrons pour balayer la surface d'un échantillon, obtenir des informations sur sa forme et sa composition. Un ajout récent est un cryoattachement, qui gèle rapidement les échantillons, verrouiller leurs structures internes sous forme solide et permettre aux chercheurs de prendre des images de matériaux souples et de fluides.

Il était auparavant impossible de regarder des matériaux souples, qui sont importants dans la recherche biologique, parce que le vide poussé dans le microscope les a fait exploser.

Regarder vers l'avenir

Tilley dit que de nombreux étudiants qui ont travaillé avec le groupe de recherche sur les nanoparticules ont occupé des postes postdoctoraux prestigieux et des carrières réussies dans des instituts de recherche nationaux et internationaux et des entreprises commerciales.

Un focus actuel pour le groupe, dit Richard, est la commercialisation de ses nanoparticules.

En collaboration avec le docteur Anna Henning, diplômée du doctorat, il a lancé une entreprise en ligne, Boutiq, pour fournir des nanoparticules à des clients internationaux de la science et de l'ingénierie. Tilley prévoit de développer l'entreprise par le biais de la branche de commercialisation de Victoria, Vic Link.

"Je sais à quel point il est difficile de créer quelque chose qui finit par être utilisé par l'humanité mais, à la fois, Je ne peux pas imaginer faire des recherches dont je ne pensais pas que le résultat serait utile."