Façonner des particules d'or nanométriques - de la taille d'un millionième de millimètre - pour améliorer leurs propriétés en biomédecine et en photonique a été rendu possible grâce à un système laser spécial dans un travail réalisé à l'Université Complutense de Madrid (UCM) et maintenant publié dans Science .

La recherche, auquel participent également le CIC biomaGUNE et l'Universidad Politécnica de Madrid, représente non seulement un record de qualité optique dans lequel des milliards de nanoparticules d'or se comportent comme une seule, mais introduit une nouvelle façon de manipuler et d'améliorer les nanomatériaux en utilisant des lasers comme des ciseaux dans les mains d'un sculpteur.

"En utilisant des lasers ultrarapides, qui sont très intenses mais de très courte durée (de l'ordre d'un milliard de milliards d'éclairs par seconde), nous avons réalisé un record du monde en qualité optique, où toutes les particules façonnées obtenues se comportent comme des clones de taille nanométrique", explique Andrés Guerrero Martínez, chercheur du Programme Ramón y Cajal à la Faculté des Sciences Chimiques de l'UCM.

L'étude fournit les indices physiques et chimiques nécessaires à la compréhension et au contrôle de ces nanomatériaux, considéré comme "parfait" d'un point de vue optique.

"Nous avons essayé au cours des quinze dernières années d'obtenir des nanoparticules identiques, afin qu'ils présentent tous la même couleur et que leurs applications soient plus efficaces. Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur l'utilisation de nanotiges d'or, dans lesquelles des variations minimes de leur longueur ou de leur largeur entraînent des changements significatifs dans la couleur de la lumière qu'ils absorbent", dit Luis Liz Marzán, directeur scientifique du CIC biomaGUNE et chercheur au Programme Ikerbasque.

Du traitement des tumeurs à la dépollution

Les applications des nanoparticules reposent sur leur capacité à absorber et à réfléchir la lumière d'une couleur spécifique d'une manière étonnamment efficace. Ces effets dits plasmoniques se traduisent par des propriétés optiques impossibles à atteindre avec des métaux de plus grandes dimensions, même à l'échelle millimétrique.

Ces propriétés peuvent être utilisées pour un grand nombre d'applications utiles qui, dans de nombreux cas, n'étaient pas possibles jusqu'à présent. En médecine, non seulement la lumière réfléchie par ces particules peut être utilisée pour diagnostiquer des maladies, mais leurs propriétés d'absorption de la lumière peuvent également être exploitées pour induire le dégagement de chaleur pour, par exemple, le traitement des tumeurs de manière localisée, minimisant ainsi les effets secondaires habituels des traitements actuels.

« Les particules plasmoniques ont également trouvé des applications dans des domaines tels que les technologies de l'information, production d'énergie, ou la lutte contre la pollution de l'environnement, entre autres", dit Guillermo González Rubio, co-auteur de l'article qui a obtenu son doctorat à l'UCM sous la direction d'Andrés Guerrero Martínez et Luis Liz Marzán.

Une autre nouveauté de ce travail est l'application de lasers ultrarapides pour façonner la géométrie des particules et affiner leurs propriétés. Dans ce cas, Luis Bañares, professeur à l'UCM et co-auteur de l'article, travaille au Ultrafast Laser Center (CLUR) de l'UCM.

Par ailleurs, afin de comprendre la nature chimique et physique du processus de mise en forme, des techniques classiques de caractérisation (spectroscopie et microscopie électronique) ont été employées, ainsi que de nouveaux modèles théoriques et des techniques avancées de simulation informatique.

Selon Ovidio Rodriguez Peña, chercheur à l'UPM, "la démonstration de cet objectif et l'explication des processus qui lui permettent de se produire représentent un changement de paradigme qui peut ouvrir de nouvelles voies pour le développement de nanomatériaux avec des propriétés et des applications améliorées".