Les polymères offrent une alternative aux points quantiques semi-conducteurs ou aux nanoparticules dopées aux terres rares qui ne conviennent pas à de nombreux spécimens en raison de leurs effets secondaires toxiques. Crédit :KAUST; Anastasia Serin
Un polymère conçu sur mesure pour produire de la lumière qui pénètre dans les environnements sombres s'est révélé prometteur dans les essais de bio-imagerie, où il peut détecter des particules de taille nanométrique sous la surface de modèles de tissus réalistes.
Des études récentes ont démontré que les sondes fluorescentes - des matériaux électroluminescents qui se fixent à de minuscules cibles telles que des cellules - sont particulièrement utiles pour la bio-imagerie lorsqu'elles rayonnent dans la région infrarouge à ondes courtes (SWIR) du spectre optique. Parce que ce type de lumière fluorescente pénètre plus profondément dans les objets biologiques sans être absorbé ou diffusé, Les sondes SWIR peuvent être repérées plus loin dans les tissus que les émetteurs conventionnels. Ces caractéristiques ont permis aux sondes SWIR de capturer des images haute résolution de structures situées profondément dans le corps, comme le tissu cérébral, sans les dangers des rayons X.
Satoshi Habuchi et ses collègues travaillent à améliorer l'imagerie fluorescente en élargissant le type de sondes capables de produire un rayonnement SWIR. Actuellement, les émetteurs SWIR les plus brillants sont soit des points quantiques semi-conducteurs, soit des nanoparticules dopées aux terres rares qui ne conviennent pas à de nombreux spécimens en raison de leurs effets secondaires toxiques. D'autre part, des matériaux plus biocompatibles, comme les colorants organiques, ne sont généralement pas assez intenses pour être vus à l'intérieur des tissus.
Les particules de l'équipe sont si brillantes qu'elles permettent la détection de points de polymère de taille nanométrique dans des spécimens d'un millimètre d'épaisseur. Crédit :KAUST; Anastasia Serin
Pour résoudre ce problème, Les chercheurs de la KAUST se sont tournés vers des polymères ayant des structures "donneur-accepteur", une disposition où les composants riches en électrons alternent avec des parties pauvres en électrons le long d'une chaîne moléculaire conductrice. "Cette distribution favorise le transfert de charge le long du squelette polymère, qui est un moyen très efficace d'obtenir de la lumière SWIR, " explique Hubert Piwoński, l'auteur principal de l'étude.
L'équipe a choisi deux polymères donneurs-accepteurs avec des caractéristiques idéales pour l'émission SWIR, puis a développé une procédure de précipitation qui a fusionné les composés en de minuscules sphères polymères, ou "points", à peine quelques nanomètres de large. Les caractérisations optiques ont révélé que ces matériaux présentaient des émissions SWIR exceptionnellement lumineuses qui étaient facilement repérables dans les modèles de tissus biologiques. "Par volume, nos particules ont une valeur de luminosité supérieure à presque tous les autres émetteurs SWIR signalés jusqu'à présent, " dit Habuchi. " Cela a permis la détection de points de polymère de taille nanométrique dans des spécimens d'un millimètre d'épaisseur. "
En outre, les nouveaux points de polymère qui ne sont fluorescents que pendant une nanoseconde peuvent produire des images à faible bruit avec une sensibilité à une seule molécule grâce à la détection à haut débit de la fluorescence émise. La capacité de visualiser des sondes uniques à des taux d'acquisition rapides pourrait profiter aux chercheurs qui cherchent à capturer les processus dans les tissus et les organes au fur et à mesure qu'ils se produisent.
"Il existe d'énormes opportunités pour de nouvelles sondes et modalités d'imagerie capables d'aborder la dynamique des molécules dans les systèmes vivants, et nos points de polymère sont un grand pas vers l'imagerie tissulaire à particule unique, " dit Piwoński.
