De nos jours, Les nanoparticules d'oxyde de zinc sont parmi les nanomatériaux les plus couramment utilisés. Ils semblent être sans danger pour les humains, mais il n'y a toujours pas de normes pour leur toxicité, et malgré les enquêtes, l'impact toxicologique des nanomatériaux de ZnO reste ambigu. Des chercheurs de l'Académie polonaise des sciences (IPC PAS) à Varsovie et de l'Université de technologie de Varsovie (PW) ont récemment développé une méthode pour produire des points quantiques de ZnO sans défaut avec des propriétés physico-chimiques durables telles que la monodispersité, une efficacité quantique relativement élevée, des durées de vie de luminescence record et un silence EPR dans des conditions standard. Les coques organiques étroitement coordonnées et imperméables qui stabilisent la surface rendent les nouveaux points quantiques ZnO résistants aux environnements chimiques et biologiques.

"Nos nanocristaux d'oxyde de zinc sont d'une qualité sans précédent, caractérisé par des propriétés chimiques et physiques nettement meilleures que celles actuellement produites par la méthode sol-gel la plus répandue impliquant des précurseurs inorganiques, " déclare le professeur Janusz Lewinski (IPC PAS, PW). "La durée de vie de la luminescence est beaucoup plus longue jusqu'à plusieurs ordres de grandeur. De plus, jusqu'à maintenant, seules de courtes décroissances de photoluminescence de ZnO ont été observées, de l'ordre de quelques à une dizaine de picosecondes, caractéristique des nanoparticules sol-gel, ou légèrement plus long, les nanosecondes, typique uniquement pour les monocristaux de ZnO."

Associé à des molécules biologiquement actives, les nouvelles nanoparticules pourraient être utilisées en biologie ou en médecine, par exemple. pour l'imagerie des cellules et des tissus, ce qui permettrait un suivi beaucoup plus précis de l'évolution de la maladie et de l'efficacité du traitement. Dans un article publié dans Chimie - Une revue européenne , les scientifiques de Varsovie, en collaboration avec un groupe de l'Université Jagellonne de Cracovie, ont montré que leurs nanoparticules d'oxyde de zinc sont sans danger. La recherche pourrait conduire à l'introduction rapide des nouveaux points quantiques ZnO pour les laboratoires biologiques et médicaux et d'autres applications.

Les nanocristaux de ZnO fabriqués de manière classique par la méthode sol-gel ne sont pas bien stabilisés ou isolés de l'environnement. Par exemple, les interactions qui se produisent à l'interface entre le cœur inorganique de ZnO et l'environnement biologique peuvent conduire à la génération d'espèces réactives de l'oxygène ou à la dissolution et à la libération de cations zinc potentiellement toxiques.

"L'oxyde de zinc est généralement considéré comme un matériau relativement sûr et biocompatible. Cependant, de nombreuses études toxicologiques du ZnO concernent des nanoparticules de taille hétérogène et aussi trop grosses pour pouvoir pénétrer dans les cellules. On s'est aussi rendu compte qu'en pratique, de nombreuses caractéristiques des nanoparticules ne dépendent pas seulement de leur taille, mais aussi sur les propriétés de surface à la fois du ZnO nanocristallin et de la couche de stabilisation organique. Par conséquent, nous avons décidé de modifier notre monopot, procédé de synthèse organométallique autoportant, pour que les nanoparticules de ZnO produites se comportent de la manière la plus neutre possible à l'intérieur des cellules, " dit le Dr Malgorzata Wolska-Pietkiewicz (PW).

L'équipe du Pr Lewinski produit des points quantiques d'oxyde de zinc à partir de composés organométalliques (précurseurs). Pour les applications biologiques, le résultat final est stable, nanoparticules sphériques constituées d'un noyau cristallin de ZnO d'un diamètre de quatre à cinq nanomètres entouré d'une coquille de ligands organiques. Cette coquille augmente la taille des nanoparticules (leur diamètre hydrodynamique est d'environ 12 nm) et protège le cœur inorganique de la dégradation due à l'interaction avec un environnement biologique souvent très réactif, tout en éliminant l'influence du ZnO lui-même sur cet environnement.

"Les nanoparticules avec des tailles de noyau inférieures à 10 nm pénètrent particulièrement facilement à l'intérieur des cellules. De telles particules sont considérées comme potentiellement les plus toxiques. Fait intéressant, ces nanoparticules de ZnO ont montré des effets nocifs extrêmement faibles dans des tests sur modèles in vitro. Les résultats récents, ainsi que les études menées simultanément dans l'équipe mère, apporté une preuve supplémentaire du caractère unique du ZnO nanocristallin obtenu à la suite de la transformation de précurseurs moléculaires organométalliques, " note le Dr Wolska-Pietkiewicz.

Cependant, on s'inquiète de leurs impacts biologiques et environnementaux. Les nanoparticules peuvent pénétrer dans le corps - les voies respiratoires sont fréquemment exposées à des concentrations élevées de nanomatériaux et sont particulièrement vulnérables à la toxicité. Par conséquent, Les lignées cellulaires A549 et MRC-5 ont été sélectionnées comme modèles in vitro pour les malignités internes et les cellules pulmonaires normales, respectivement. Des chercheurs de l'IPC PAS et du PW ont montré que la couche organique entourant les nanoparticules améliorées est imperméable - les ions zinc ne sont pas libérés dans l'environnement, and reactive oxygen species are not formed. Even at high concentrations, the toxicity of the new ZnO nanoparticles turned out to be negligible.

"Our method for the production of ZnO quantum dots means that they simply do not interact with the biological environment. So we have a strong foundation on which to start working on their applications. Not only in medical imaging, but also in other areas in which nanoparticles could potentially interact with the human body, par exemple, as one of the components of paint. We are also developing a new technology for the synthesis of ZnO quantum dots and searching for potential applications as a part of NANOXO, a start-up company, " summarizes Prof. Lewinski.