Des physiciens russes de l'Université ITMO ont découvert que les nanoparticules de silicium sphériques peuvent être chauffées efficacement et émettre simultanément de la lumière en fonction de leur température. Selon les scientifiques, ces propriétés, couplé à une bonne biocompatibilité, ont des applications en thérapie photothermique et en nanochirurgie. Les chercheurs prévoient de contrôler le chauffage des particules de silicium à l'avenir pour brûler en interne les cellules cancéreuses sans affecter les tissus sains. Les résultats sont parus dans la prestigieuse revue Lettres nano .

Lors de la réalisation de la thérapie photothermique et de la nanochirurgie, les médecins injectent des nanoparticules de métaux biocompatibles tels que l'or dans un corps humain, les concentrer sur une tumeur et les irradier avec un laser. Les tissus biologiques sont transparents pour la lumière infrarouge, mais les nanoparticules métalliques l'absorbent bien et la convertissent en chaleur qui brûle les cellules cancéreuses. Cependant, mesurer une température locale de nanoparticules d'or est une tâche extrêmement difficile qui, si ce n'est pas bien fait, pourrait entraîner une surchauffe et des dommages aux tissus sains.

Dans la nouvelle étude, Les nanoparticules de silicium résonantes sont chauffées encore plus rapidement que les nanoparticules d'or en raison de meilleures propriétés de résonance et peuvent signaler leur température en diffusant la lumière avec différentes longueurs d'onde. Cet effet est connu en optique sous le nom de diffusion Raman. De plus, cette diffusion peut être enregistrée sans dispositifs complexes ou systèmes de vide requis pour capturer les signaux des métaux.

"Les nanoparticules d'or sont largement utilisées en thérapie photothermique, photochimie et nanochirurgie. Mais la réponse optique de ces agents ne donne pas d'informations sur leur degré de chauffage, car les métaux ne réémettent jamais le signal lumineux Raman. On savait également que le silicium a une réponse optique qui change fortement avec la température. Mais personne n'imaginait qu'une nanoparticule de silicium puisse être utilisée comme élément chauffant efficace, bien qu'il ait des pertes optiques significativement plus faibles que l'or, " dit George Zograf, étudiant diplômé du Département de nano-photonique et métamatériaux de l'Université ITMO.

Sachant que la réponse optique du silicium dépend fortement de la température et qu'il est biocompatible, les chercheurs ont testé avec quelle efficacité les nanoparticules se réchauffent et avec quelle précision la température pouvait être mesurée. Les chercheurs ont élevé la température des nanoparticules de silicium en les illuminant avec un laser et en enregistrant le signal Raman émis, qui a permis la détection simultanée de la température.

Pendant ce temps, contrairement aux nanosphères dorées, les particules de silicium testées étaient quatre fois plus efficaces pour convertir le rayonnement laser en chaleur. Cela permettrait de modifier la température des nanoparticules à l'aide d'un faisceau laser moins puissant sans chauffer les tissus sains à proximité.

Les chercheurs pensent que les nanoparticules semi-conductrices peuvent être une alternative moins chère et plus sûre au métal. "À l'avenir, on pourra tuer les cellules cancéreuses avec une grande précision en les chauffant à l'aide de tels nanosystèmes. Le contrôle optique en temps réel de leur température évitera aux cellules saines une surchauffe incontrôlée, " conclut Sergueï Makarov, chercheur principal au Département de nanophotonique et métamatériaux de l'Université ITMO.