Contrôler la taille des nanoparticules d'alliage est possible !

Comment contrôler la composition et la taille des nanoparticules (qui mesurent quelques dizaines de millionièmes de millimètre) lors de leur fabrication? Cette question est au centre des recherches en nanotechnologies. David Rioux, postdoctorant en génie physique à Polytechnique Montréal, a réussi l'exploit en utilisant deux méthodes connues des chimistes.

"La nouveauté a été de combiner l'approche de coréduction chimique des métaux purs et un autre procédé destiné à contrôler la taille des nanoparticules", précise le chercheur, qui a démontré la possibilité de produire des nanoparticules d'alliage or-argent de dimension contrôlée de 30 à 150 nanomètres de diamètre. Une première. À ce jour, les différentes méthodes de synthèse employées ne permettaient de produire que de petites particules, peu attrayantes pour l'imagerie médicale, car, pour qu'elles diffusent fortement la lumière, les nanoparticules doivent être plus grosses que 30 nanomètres. C'est maintenant chose faite grâce aux travaux de David Rioux. Comme une image vaut mille mots, il en a fait la démonstration par une photo qu'il a soumise au concours La preuve par l'image, de l'Association francophone pour le savoir.

Sa photo, intitulée Le bal coloré des nanolanternes, présente des tourbillons colorés de nanoparticules d'alliage or-argent en suspension dans l'eau. Ces particules reflètent la lumière en "produisant" une couleur bien précise. Cette couleur varie en fonction de la taille des particules, mais surtout selon leur proportion d'or et d'argent. Les six premiers flacons contiennent des nanoparticules de 60 nanomètres de diamètre, constituées d'argent pur à gauche et d'or pur à droite, en passant par différents alliages. Le septième flacon renferme aussi des particules d'or pur, mais de 100 nanomètres de diamètre.

"Ces minuscules billes lumineuses présentent un fort potentiel d'usages en imagerie biomédicale, comme le marquage des cellules cancéreuses afin de faciliter le diagnostic", fait valoir David Rioux.

Son image lui a valu le premier prix du concours parrainé par Radio-Canada. Ainsi que le Prix du public Eurêka! et le prix Année internationale de la lumière, du chapitre étudiant OSA-SPIE de Polytechnique Montréal.

Marquage cellulaire

C'est dans son doctorat sous la direction du professeur Michel Meunier que David Rioux s'intéresse à l'effet de la composition sur les propriétés optiques des nanoparticules d'alliage et à leurs applications en imagerie hyperspectrale. "La plupart des métaux, comme l'explique le chercheur, peuvent supporter un plasmon [oscillation résonante des électrons libres dans la particule], mais ce sont essentiellement l'or, l'argent et le cuivre, des métaux nobles, qui sont utilisés, puisque leur forte concentration en électrons libres leur donne une résonance plasmonique dans le visible." Celle-ci dépend toutefois de la composition des nanoparticules. C'est-à-dire que ces dernières ont tendance à absorber et à diffuser la lumière à une longueur d'onde qui varie selon leurs composés; chaque composition a donc sa propre couleur.

Cette propriété unique ouvre la voie à de nombreuses applications dans le domaine du marquage cellulaire qui ont le potentiel de surpasser l'immunohistochimie et l'immunofluorescence, techniques actuellement employées pour l'analyse des biopsies. Par exemple, les pathologistes pourraient, grâce aux nanoparticules d'alliage, détecter simultanément de façon précise plusieurs marqueurs cellulaires par imagerie optique et ainsi accroître l'efficacité diagnostique.

"Le modèle que j'ai conçu dans le cadre de ma thèse permet de calculer à l'avance les propriétés optiques de nouvelles nanostructures et ainsi de guider leur design avant même d'en faire la synthèse. Il est également utile après la synthèse, puisqu'il permet le déterminer rapidement la qualité des nanostructures produites", indique David Rioux. Dans ses travaux, le chercheur a aussi montré le potentiel d'utilisation des nanoparticules d'alliage or-argent comme marqueurs cellulaires en imagerie.

Mais, afin de pouvoir prendre toute leur place dans la médecine de demain, les nanoparticules d'alliage doivent faire l'objet d'autres études approfondies, selon lui. "La poursuite de cet aspect de la recherche est très importante et c'est ce à quoi je vais m'atteler dans mon postdoctorat."