Points quantiques MoS2 en solution aqueuse (à gauche) et un grossissement ultra-élevé d'un point quantique MoS2 (à droite). Les points quantiques MoS2 synthétisés avec la nouvelle approche développée par des chercheurs de l'Université nationale de Singapour peuvent potentiellement générer des propriétés anticancéreuses. Crédit :Université nationale de Singapour
Nanomatériaux bidimensionnels (2-D) de dichalcogénures de métaux de transition (TMD) tels que la molybdénite (MoS)
Maintenant, des ingénieurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) ont développé une stratégie rentable et évolutive pour synthétiser les QD TMD. La nouvelle stratégie permet également de concevoir spécifiquement les propriétés des QD TMD pour différentes applications, faisant ainsi un bond en avant pour aider à réaliser le potentiel des QD TMD.
Stratégie ascendante pour synthétiser les QD TMD
La synthèse actuelle des nanomatériaux TMD repose sur une approche descendante où les minerais TMD sont collectés et décomposés de l'échelle millimétrique à l'échelle nanométrique par des moyens physiques ou chimiques. Cette méthode, tout en étant efficace dans la synthèse de nanomatériaux TMD avec précision, est peu évolutif et coûteux car la séparation des fragments de nanomatériaux par taille nécessite de multiples processus de purification. L'utilisation de la même méthode pour produire des QD TMD d'une taille cohérente est également extrêmement difficile en raison de leur taille minuscule.
Pour surmonter ce défi, une équipe d'ingénieurs du département de génie chimique et biomoléculaire de la faculté de génie NUS a développé une nouvelle stratégie de synthèse ascendante qui peut systématiquement construire des QD TMD d'une taille spécifique, une méthode moins chère et plus évolutive que l'approche descendante conventionnelle. Les QD TMD sont synthétisés en faisant réagir des oxydes ou chlorures de métaux de transition avec des précurseurs chalogènes dans des conditions aqueuses douces et à température ambiante. En utilisant l'approche ascendante, l'équipe a réussi à synthétiser une petite bibliothèque de sept QD TMD et a pu modifier leurs propriétés électroniques et optiques en conséquence.
Le professeur agrégé David Leong du département de génie chimique et biomoléculaire de la faculté de génie NUS a dirigé le développement de cette nouvelle méthode de synthèse. Il expliqua, "Utiliser l'approche ascendante pour synthétiser les QD TMD, c'est comme construire un bâtiment à partir de zéro en utilisant du béton, composant en acier et en verre; cela nous donne un contrôle total sur la conception et les caractéristiques du bâtiment. De la même manière, cette approche ascendante nous permet de faire varier le rapport des ions de métaux de transition et des ions chalcogènes dans la réaction pour synthétiser les QD TMD avec les propriétés que nous désirons. En outre, grâce à notre approche ascendante, nous sommes capables de synthétiser de nouveaux QD TMD qui ne se trouvent pas naturellement. Ils peuvent avoir de nouvelles propriétés qui peuvent conduire à de nouvelles applications. »
Application des QD TMD dans le traitement du cancer et au-delà
L'équipe d'ingénieurs de NUS a ensuite synthétisé des QD MoS2 pour démontrer des applications biomédicales de preuve de concept. A travers leurs expériences, l'équipe a montré que les propriétés des défauts des QD MoS2 peuvent être conçues avec précision en utilisant l'approche ascendante pour générer différents niveaux de stress oxydatif, et peut donc être utilisé pour la thérapie photodynamique, une thérapie anticancéreuse émergente.
« La thérapie photodynamique utilise actuellement des composés organiques photosensibles qui produisent un stress oxydatif pour tuer les cellules cancéreuses. Ces composés organiques peuvent rester dans le corps pendant quelques jours et il est déconseillé aux patients recevant ce type de thérapie photodynamique de s'exposer inutilement à la lumière vive. Les QD MoS2 peuvent offrir une alternative plus sûre à ces composés organiques, car certains métaux de transition comme le Mo sont eux-mêmes des minéraux essentiels et peuvent être rapidement métabolisés après le traitement photodynamique. Nous effectuerons d'autres tests pour le vérifier. Assoc Prof Leong ajouté.
Le potentiel des QD TMD, cependant, va bien au-delà des simples applications biomédicales. Avancer, l'équipe travaille à étendre sa bibliothèque de QD TMD en utilisant la stratégie ascendante, et de les optimiser pour d'autres applications telles que les écrans de télévision et d'appareils électroniques de nouvelle génération, composants électroniques avancés et même des cellules solaires.
