Les groupes de recherche NIMS MANA et un groupe de recherche de l'Université de Nagoya ont développé conjointement un matériau fluorescent en silicium qui est très faible en toxicité et à haute efficacité de luminescence, par rapport aux matériaux conventionnels. Sous rayonnement proche infrarouge (NIR) à des longueurs d'onde de 650 à 1, 000 nm—la gamme connue sous le nom de "fenêtre optique biologique"—qui est capable de traverser les systèmes vivants, le groupe conjoint a réussi à faire de la bio-imagerie à l'aide de ce nouveau matériau.

Un groupe de recherche du NIMS International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), dirigé par la chercheuse principale de MANA Françoise Winnik, un chercheur postdoctoral MANA Sourov Chandra, un groupe de recherche dirigé par le scientifique indépendant MANA Naoto Shirahata, et un groupe de recherche composé du professeur Yoshinobu Baba et du professeur assistant Takao Yasui, Ecole Supérieure d'Ingénieurs, Université de Nagoya, développé conjointement un matériau fluorescent en silicium qui est très faible en toxicité et à haute efficacité de luminescence, par rapport aux matériaux conventionnels. Sous rayonnement proche infrarouge (NIR) à des longueurs d'onde de 650 à 1, 000 nm—la gamme connue sous le nom de "fenêtre optique biologique"—qui est capable de traverser les systèmes vivants, le groupe conjoint a réussi à faire de la bio-imagerie en utilisant le nouveau matériau pour la première fois au monde.

La bio-imagerie par fluorescence fait référence à la visualisation de cellules et d'autres tissus biologiques invisibles à l'œil nu, en les marquant visible avec un matériau fluorescent. La technique permet l'observation in vivo de la distribution et du comportement des cellules vivantes en temps réel. Grâce à l'application de cette technique, il peut être possible d'observer le comportement des cellules et des biomolécules liées à la pathogenèse et d'identifier le mécanisme de développement de la maladie. De nombreux matériaux fluorescents conventionnels émettent de la lumière lorsqu'ils réagissent à la lumière ultraviolette (UV) ou à la lumière visible. Cependant, parce que les composants biologiques tels que l'hémoglobine et les fluides corporels absorbent ces types de lumière, elles ne sont pas applicables à l'observation en profondeur des matières biologiques. Certains matériaux fluorescents sont réactifs à la lumière à des longueurs d'onde qui relèvent d'une "fenêtre optique biologique, " mais la plupart des matériaux ont une faible efficacité luminescente, et quelques autres avec une efficacité luminescente élevée contiennent des éléments toxiques tels que le plomb et le mercure.

En utilisant des particules à base de silicium, le groupe conjoint a développé avec succès un matériau fluorescent capable de produire efficacement une luminescence en réagissant à la lumière entrante à des longueurs d'onde comparables à une "fenêtre optique biologique". L'utilisation de matériaux fluorescents à base de silicium en bio-imagerie avait déjà été étudiée, et certains problèmes ont été trouvés tels qu'ils ont besoin de lumière UV pour exercer une excitation et une luminescence efficace, et qu'ils ont une faible efficacité d'émission de lumière. Face à ces enjeux, le groupe de recherche commun a développé une nouvelle structure cœur-double coque dans laquelle des nanoparticules de silicium cristallin, servant de noyaux, sont enrobés de groupes hydrocarbonés et d'un tensioactif. L'imagerie par fluorescence à excitation à deux photons a démontré que le silicium cristallin présentait une photoexcitation efficace lors de l'absorption du NIR, et que les groupes hydrocarbonés dans le revêtement augmentaient le rendement quantique d'émission. Par ailleurs, le revêtement tensioactif rendait le matériau fluorescent soluble dans l'eau. Par conséquent, le nouveau matériau a permis un marquage efficace des biomolécules cibles, et la bio-imagerie fluorescente subséquente des cibles marquées à l'aide d'une plage de rayonnement NIR qui traverse les systèmes vivants.

Dans les études futures, nous visons à réaliser une bio-imagerie fluorescente à un niveau profond en utilisant le nouveau matériau fluorescent en silicium que nous avons développé dans cette étude.

Une partie de cette étude a été menée dans le cadre du projet « Molecule &Material Synthesis Platform » à l'Université de Nagoya dans le cadre du programme « Nanotechnology Platform Japan » organisé par le ministère de l'Éducation, Culture, Des sports, Science et technologie.

Cette étude a été publiée dans la version en ligne de Nanoéchelle le 13 avril, 2016.