Les scientifiques de l'Institut Max Planck pour la science de la lumière (MPL) et du Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin (MPZPM) à Erlangen présentent un grand pas en avant dans la caractérisation des nanoparticules. Ils ont utilisé une méthode de microscopie spéciale basée sur l'interférométrie pour surpasser les instruments existants. Une application possible de cette technique peut être l'identification de maladies.

Les nanoparticules sont partout. Ils se trouvent dans notre corps sous forme d'agrégats de protéines, de vésicules lipidiques ou de virus. Ils se retrouvent dans notre eau potable sous forme d'impuretés. Ils sont dans l'air que nous respirons en tant que polluants. Dans le même temps, de nombreux médicaments sont basés sur la délivrance de nanoparticules, y compris les vaccins qui nous ont récemment été administrés. En lien avec les pandémies, les tests rapides utilisés pour la détection du SRAS-Cov-2 sont également basés sur des nanoparticules. La ligne rouge, que nous surveillons au jour le jour, contient des myriades de nanoparticules d'or recouvertes d'anticorps contre les protéines qui signalent l'infection.

Techniquement, on appelle quelque chose une nanoparticule lorsque sa taille (diamètre) est inférieure à un micromètre. Les objets de l'ordre d'un micromètre peuvent toujours être mesurés dans un microscope normal, mais les particules beaucoup plus petites, disons inférieures à 0,2 micromètre, deviennent extrêmement difficiles à mesurer ou à caractériser. Fait intéressant, il s'agit également de la plage de taille des virus, qui peut devenir aussi petite que 0,02 micromètre.

Au fil des ans, les scientifiques et les ingénieurs ont mis au point un certain nombre d'instruments pour caractériser les nanoparticules. Idéalement, on veut mesurer leur concentration, évaluer leur taille et leur répartition granulométrique, et déterminer leur substance. Un exemple haut de gamme est un microscope électronique. Mais cette technologie présente de nombreuses lacunes. C'est très volumineux et coûteux, et les études prennent trop de temps car les échantillons doivent être soigneusement préparés et mis sous vide. Et même alors, il reste difficile de déterminer la substance des particules que l'on voit au microscope électronique.

Un appareil rapide, fiable, léger et portable pouvant être utilisé au cabinet du médecin ou sur le terrain aurait un impact énorme. Quelques instruments optiques sur le marché offrent de telles solutions, mais leur résolution et leur précision ont été insuffisantes pour examiner des nanoparticules plus petites, par exemple beaucoup plus petites que 0,1 micromètre (ou autrement dit 100 nm).

Un groupe de chercheurs de l'Institut Max Planck pour la science de la lumière et du Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin vient d'inventer un nouvel appareil qui offre un grand pas en avant dans la caractérisation des nanoparticules. La méthode s'appelle iNTA, abréviation de Interferometric Nanoparticle Tracking Analysis. Leurs résultats sont publiés dans le numéro de mai de Nature Methods .

La méthode est basée sur la détection interférométrique de la lumière diffusée par des nanoparticules individuelles qui se promènent dans un liquide. Dans un tel milieu, l'énergie thermique déplace perpétuellement les particules dans des directions aléatoires. Il s'avère que l'espace qu'une particule explore en un temps donné est corrélé à sa taille. En d'autres termes, les petites particules se déplacent "plus vite" et couvrent un plus grand volume que les grosses particules. L'équation qui décrit ce phénomène, la relation de Stokes-Einstein, remonte au début du siècle dernier et a depuis été utilisée dans de nombreuses applications. En un mot, si l'on pouvait suivre une nanoparticule et collecter des statistiques sur sa trajectoire saccadée, on pourrait en déduire sa taille. Le défi consiste donc à enregistrer des films très rapides de minuscules particules qui se déplacent.

Les scientifiques du MPL ont développé une méthode de microscopie spéciale au cours des deux dernières décennies, connue sous le nom de microscopie à diffusion interférométrique (iSCAT). Cette technique est extrêmement sensible dans la détection des nanoparticules. En appliquant iSCAT au problème de diffusion des nanoparticules, le groupe MPL s'est rendu compte qu'ils pouvaient surpasser les instruments existants sur le marché. La nouvelle technologie a un avantage particulier dans le déchiffrement des mélanges de nanoparticules de différentes tailles et de différents matériaux.

Les applications de la nouvelle méthode sont multiples. Une ligne d'applications particulièrement intéressante concerne les véhicules de taille nanométrique qui sont sécrétés par les cellules, les vésicules dites extracellulaires. Ceux-ci sont constitués d'une coque lipidique, un peu comme une nano bulle de savon. Mais la coquille et le liquide interne contiennent également des protéines, qui nous renseignent sur l'origine des vésicules, c'est-à-dire de quel organe ou processus cellulaire. Lorsque la quantité de protéines et/ou la taille des vésicules s'écartent de la plage normale, il se peut que la personne soit malade. Par conséquent, il est très important de trouver des moyens de caractériser les vésicules extracellulaires.

Les chercheurs du MPL et du MPZPM travaillent actuellement au développement d'un système de paillasse pour permettre aux scientifiques du monde entier de bénéficier des avantages d'iNTA. + Explorer plus loin

Suivre le mouvement d'une seule nanoparticule