Lorsqu'une équipe de chercheurs de l'Université de Cincinnati a découvert une nouvelle nanostructure qui présentait des propriétés considérablement plus élevées pour une utilisation dans la technologie qui pourrait permettre aux médecins de voir et de détruire les cellules cancéreuses, ils savaient qu'ils étaient sur quelque chose d'excitant.

Mais la structure du nouveau nanotag SERS, comme on l'appelle, était si nouveau que l'équipe, dirigée par Laura Sagle, professeur assistant de chimie, avec les étudiants diplômés de l'UC Debrina Jana, Jie He et Ian Bruzas – n'arrivaient pas à comprendre ce qui générait les données prometteuses ou comment les optimiser au mieux.

Entre Zohre Gorunmez.

Le doctorant de quatrième année est crédité d'avoir effectué près de trois ans de calculs complexes et détaillés pour mieux comprendre le nouveau nanotag. Elle présentera ses découvertes à la conférence de mars de l'American Physical Society, du 14 au 18 mars à Baltimore.

"C'étaient des calculs que personne sur le campus n'avait fait auparavant, " expliqua Sagle, qui sert de conseiller à Gorunmez. "Zohré, essentiellement par elle-même et sans beaucoup de conseils et d'aide, a mis ces calculs en marche."

La découverte a eu lieu en 2013 dans le cadre des travaux du groupe de recherche Sagle Lab visant à développer de nouvelles méthodes pour étudier et examiner des molécules uniques à l'aide d'une technique appelée spectroscopie Raman à surface améliorée, ou SERS.

La technique cible des molécules à l'aide de lasers, ce qui se traduit par une diffusion de la lumière à différentes longueurs d'onde le long d'un spectre. Parce que les molécules produisent des signaux faibles, des nanoparticules d'or ou d'argent sont utilisées pour les amplifier, qui est mesurée par un spectromètre pour analyse.

Le processus est très sensible et semé d'embûches, y compris les difficultés de reproductibilité, la stabilité du signal et le manque d'informations quantitatives.

L'équipe s'est penchée sur des recherches antérieures, qui a montré une plus grande amélioration des molécules résidant dans un espace d'un nanomètre entre une structure avec un noyau et une coque métalliques lisses. Mais cet écart d'un nanomètre - 100, 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain - est souvent difficile et coûteux à produire, résultant en un manque d'utilisation généralisée.

L'équipe a également pris note d'autres recherches populaires utilisant des nanoétoiles d'or, une particule en forme de carambole qui a permis une plus grande amélioration, mais est très variable en raison de la difficulté de contrôler le nombre et la taille des pointes hérissées.
Inspiré, l'équipe a décidé de combiner les deux concepts et de créer une structure composée d'un noyau métallique interne lisse entouré d'une coque externe métallique pointue avec un espacement de trois nanomètres - une approche jamais créée auparavant, dit Sagle.

Le nanotag nouvellement créé a produit une amélioration du signal 10 fois supérieure à celle des structures de noyau à coque lisse, permettant de détecter des quantités infimes de molécules organiques, comme l'ADN, pour des maladies particulières, elle a dit.

Non seulement que, les structures hérissées sont plus efficaces pour générer de la chaleur, utile pour détruire les cellules cancéreuses, et offrir une surface accrue pouvant accueillir plus de médicaments afin de délivrer une blaste plus ciblée aux cellules malades, dit Sagle.

"Cela permet de cibler, imager et libérer des médicaments avec un seul appareil, " elle a expliqué.

Alors que la découverte elle-même s'est avérée nouvelle, Sagle savait que le nanotag prometteur de l'équipe devait être analysé plus avant, compris et modélisé avant de pouvoir être utilisé dans des applications biologiques. C'est là que Gorunmez est intervenu.

Sous la direction de Thomas Beck, professeur de chimie, Gorunmez a appris un nouveau code et une nouvelle programmation pour calculer les données compliquées. Ses contributions se sont avérées inestimables, dit Sagle, ce qui lui a valu une place en tant que co-premier auteur de l'article détaillant la découverte.

"Avec les calculs de Zohre, c'était un bien meilleur papier montrant que nous avions fait quelque chose de nouveau, il a montré de meilleures propriétés et nous comprenons dans une certaine mesure pourquoi, " elle a dit."

Gorunmez a déclaré que même si le travail s'est avéré difficile, la promesse de ce que les données contiennent pour une utilisation dans les applications de biosanté a alimenté sa volonté de persévérer.

"C'est nouveau. Je suis sûr que cela va aider les scientifiques de la recherche médicale à utiliser ces structures pour obtenir ce dont ils ont besoin. Savoir cela m'excite, " elle a dit.