Les nanocristaux doivent d'abord être dispersés dans de l'oxyde de bore fondu puis soumis à une irradiation neutronique dans un réacteur nucléaire. Crédit :IOCB Prague
Sous la direction de Petr Cígler de l'Institut de chimie organique et de biochimie (IOCB Prague) et Martin Hrubý de l'Institut de chimie macromoléculaire (IMC), une équipe de chercheurs a développé une méthode révolutionnaire pour la production facile et peu coûteuse de nanodiamants irradiés et d'autres nanomatériaux adaptés à une utilisation dans le diagnostic hautement sensible des maladies, y compris divers types de cancer. Leur article a récemment été publié dans la revue scientifique Communication Nature .
Le diagnostic des maladies et la compréhension des processus qui se déroulent dans les cellules au niveau moléculaire nécessitent des instruments de diagnostic sensibles et sélectifs. Aujourd'hui, les scientifiques peuvent surveiller les champs magnétiques et électriques dans les cellules à une résolution de plusieurs dizaines de nanomètres et avec une sensibilité remarquable grâce aux défauts cristallins des particules de certains matériaux inorganiques. Les nanodiamants sont un matériau presque idéal à ces fins. Par rapport aux diamants utilisés en joaillerie, Les nanodiamants sont environ 1 million de fois plus petits et sont produits synthétiquement à partir de graphite à haute pression et à haute température.
Un nanodiamant pur ne révèle pas grand-chose sur son environnement. D'abord, son réseau cristallin doit être endommagé dans des conditions contrôlées pour créer des défauts particuliers, les centres dits à vacance d'azote, qui permettent l'imagerie optique. Les dommages sont le plus souvent créés en irradiant des nanodiamants avec des ions rapides dans des accélérateurs de particules. Ces ions accélérés sont capables d'éliminer les atomes de carbone du réseau cristallin d'un nanodiamant, laissant derrière eux des trous appelés postes vacants, qui, à des températures élevées, s'associent aux atomes d'azote présents dans le cristal en tant que contaminants. Les centres de lacunes d'azote nouvellement formés sont une source de fluorescence observable, ce qui donne aux nanodiamants un grand potentiel d'applications en médecine et en technologie.
Une restriction fondamentale à l'utilisation de ces matériaux à plus grande échelle, cependant, est le coût élevé et la faible efficacité de l'irradiation des ions dans un accélérateur, ce qui empêche la génération de ce matériau d'une valeur exceptionnelle en plus grande quantité.
La capture des neutrons par les noyaux de bore produit une pluie dense d'ions hélium et lithium, qui ont le même effet au sein des nanocristaux que les ions produits dans un accélérateur :la création contrôlée de défauts cristallins. Crédit :IOCB Prague
Les scientifiques dirigés par Petr Cígler et Martin Hrubý ont récemment publié un article dans la revue Communication Nature décrivant une toute nouvelle méthode d'irradiation de nanocristaux. Au lieu d'une irradiation coûteuse et longue dans un accélérateur, les scientifiques ont exploité l'irradiation dans un réacteur nucléaire, ce qui est beaucoup plus rapide et beaucoup moins cher.
Les scientifiques ont dû employer une astuce :dans le réacteur, l'irradiation neutronique divise les atomes de bore en ions très légers et rapides d'hélium et de lithium. Les nanocristaux doivent d'abord être dispersés dans de l'oxyde de bore fondu puis soumis à une irradiation neutronique dans un réacteur nucléaire. La capture des neutrons par les noyaux de bore produit une pluie dense d'ions hélium et lithium, qui ont le même effet au sein des nanocristaux que les ions produits dans un accélérateur :la création contrôlée de défauts cristallins. La haute densité de cette gerbe de particules et l'utilisation d'un réacteur pour irradier une quantité beaucoup plus importante de matière signifie qu'il est plus facile et beaucoup plus abordable de produire des dizaines de grammes de nanomatériau rare à la fois, ce qui est environ 1000 fois plus que ce que les scientifiques ont pu obtenir jusqu'à présent grâce à une irradiation comparable dans des accélérateurs.
La méthode a fait ses preuves non seulement dans la création de défauts dans les réseaux de nanodiamants, mais aussi d'un autre nanomatériau :le carbure de silicium. Pour cette raison, les scientifiques pensent que la méthode pourrait trouver une application universelle dans la production à grande échelle de nanoparticules avec des défauts définis.
La nouvelle méthode utilise le principe appliqué en thérapie par capture de neutrons au bore (BNCT), dans lequel les patients reçoivent un composé de bore. Une fois que le composé s'est accumulé dans la tumeur, le patient reçoit une radiothérapie avec des neutrons, qui divise les noyaux de bore en ions d'hélium et de lithium. Ceux-ci détruisent ensuite les cellules tumorales dans lesquelles le bore s'est accumulé. Ce principe issu du traitement expérimental du cancer a ainsi ouvert la porte à la production efficace de nanomatériaux au potentiel exceptionnel d'applications dans, entre autres domaines, diagnostic du cancer.
