Les nanotiges en sulfure de bismuth tuent les cellules tumorales avec de la chaleur lorsqu'elles sont irradiées avec de la lumière proche infrarouge (NIR). Les scientifiques chinois rendent maintenant ces armes plus puissantes en remodelant l'état défectueux du réseau cristallin des nanotiges en ajoutant des nanopoints d'or. Comme indiqué dans le journal Angewandte Chemie , cela pourrait être une bonne base pour un traitement photothermique plus efficace des tumeurs.

En thérapie photothermique, un agent est introduit dans une tumeur puis la région est irradiée avec de la lumière NIR, une longueur d'onde qui pénètre profondément dans les tissus sans causer de dommages. L'agent absorbe la lumière NIR et la convertit en chaleur. La surchauffe locale tue les cellules tumorales tandis que les tissus sains sont protégés. Idéalement, l'agent photothermique peut agir simultanément comme agent de contraste pour l'imagerie diagnostique, comme la tomodensitométrie (TDM), qui peut être utilisé pour localiser la tumeur.

Les nanomatériaux fabriqués à partir du sulfure de bismuth semi-conducteur (Bi 2 S 3 ) sont bien adaptés pour ce travail. Des chercheurs travaillant avec Haiyuan Zhang à l'Académie chinoise des sciences (Changchun, Jilin, Chine) ont désormais pu élucider les mécanismes qui sous-tendent les propriétés photothermiques de ces matériaux. Fort de ces connaissances, ils ont pu améliorer les performances photothermiques des nanotiges de sulfure de bismuth en ajoutant des nanodots d'or à leur surface.

En termes simples, ça marche comme ça :dans les semi-conducteurs, la lumière peut exciter les électrons chargés négativement à un point tel qu'ils sautent à un niveau d'énergie plus élevé appelé bande de conduction. Cela laisse des "trous" chargés positivement. La recombinaison des électrons et des trous libère de l'énergie, qui est transféré dans le réseau cristallin, le faisant vibrer. Cette énergie vibratoire est libérée dans l'environnement sous forme de chaleur. Certains défauts, connus sous le nom de défauts profonds, dans le réseau cristallin favorisent ce type de recombinaison électron-trou.

En Bi 2 S 3 nanomatériaux, qui sont synthétisés en excès de Bi et en manque de S, le réseau aura des emplacements avec des atomes de soufre manquants ou des endroits dans lesquels un Bi remplace un S. Les deux peuvent agir comme des défauts profonds. L'augmentation du nombre de défauts profonds ou l'introduction accrue d'électrons dans ces défauts profonds pourrait augmenter l'efficacité photothermique du Bi 2 S 3 nanomatériaux. C'est là que les atomes d'or jouent un rôle. Les atomes d'or se lient aux atomes de soufre et les maintiennent hors de leurs positions de réseau. Cela se traduit par plus de défauts. En outre, les points de contact entre le Bi 2 S 3 et l'or fournit aux électrons excités un niveau d'énergie qui leur permet de revenir plus facilement au niveau d'énergie où il y a des erreurs de substitution, permettant aux électrons de tomber plus facilement dans le "piège" du défaut profond.

Les nanotiges sont très visibles comme agents de contraste dans les tomodensitogrammes de tumeurs chez la souris, car ils s'agrègent préférentiellement dans les cellules tumorales. L'inhibition de la croissance tumorale avec la version en or des nanotiges sous irradiation avec NIR a été significativement augmentée par rapport aux nanotiges sans or. Après quatorze jours de traitement des souris, certaines des tumeurs avaient complètement disparu. Aucun effet secondaire toxique ou dommage n'a été observé dans les tissus environnants.