Une équipe de chimistes dirigée par Rongchao Jin de l'Université Carnegie Mellon a pour la première fois effectué une intervention chirurgicale spécifique à un site sur une nanoparticule. La procédure, qui permet l'adaptation précise des nanoparticules, est de faire avancer le domaine de la nanochimie.

La technique chirurgicale mise au point par Qi Li, l'auteur principal de l'étude et étudiant de 3e année dans le groupe Jin, permettra aux chercheurs d'améliorer les propriétés fonctionnelles des nanoparticules, telles que l'activité catalytique et la photoluminescence, accroître leur utilité dans une grande variété de domaines, y compris les soins de santé, électronique et fabrication. Les résultats ont été publiés dans Avancées scientifiques .

« La nanochimie est un domaine relativement nouveau, il n'a que 20 ans environ. Nous avons couru pour rattraper des domaines comme la chimie organique qui ont plus de 100 ans, " dit Jin, professeur de chimie au Mellon College of Science. "Les chimistes organiques ont été capables d'adapter les groupes fonctionnels de molécules pendant un certain temps, comme adapter la pénicilline pour de meilleures fonctions médicales, par exemple. Nous rêvions de pouvoir faire quelque chose de similaire en nanoscience. Le développement de nanoparticules atomiquement précises nous a permis de réaliser ce rêve."

Afin de faire de cette "nano-chirurgie" une réalité, les chercheurs devaient commencer par des nanoparticules atomiquement précises qui pourraient être produites de manière fiable à chaque fois. Le laboratoire de Jin a été à la pointe de cette recherche. Travailler avec des nanoparticules d'or, lui et son équipe ont développé des méthodes pour contrôler avec précision le nombre d'atomes dans chaque nanoparticule, résultant en des nanoparticules de taille uniforme avec chaque lot. Avec des particules fiables et précises, Jin et ses collègues ont pu identifier les structures des particules, et commencer à découvrir comment cette structure a eu un impact sur les propriétés et la fonctionnalité des particules.

Avec ces nanoparticules bien définies en main, La prochaine étape de Jin consistait à trouver un moyen d'adapter chirurgicalement les particules afin d'en savoir plus sur - et, espérons-le, d'améliorer - leur fonctionnalité.

Dans leur étude récente, Jin et ses collègues ont effectué une nanochirurgie sur une nanoparticule d'or composée de 23 atomes d'or entourés d'une surface protectrice de ligands dans des motifs de type agrafe. En utilisant une méthode d'échange de métaux en deux étapes, ils ont retiré deux agrafes S-Au-S de la surface de la particule. Ce faisant, ils ont révélé les facteurs structurels qui déterminent les propriétés optiques de la particule et ont établi le rôle que joue la surface dans la photoluminescence. Significativement, la chirurgie a augmenté la photoluminescence de la particule d'environ 10 fois. La photoluminescence joue un rôle essentiel en imagerie biologique, diagnostic du cancer et technologie LED, entre autres applications.

Jin et ses collègues tentent maintenant de généraliser cette méthode chirurgicale spécifique à un site à d'autres nanoparticules.