🌡️ Des nanothermomètres capables de mesurer la température à l'échelle nanométrique

Des scientifiques viennent de mettre au point une nouvelle génération de nanothermomètres luminescents capables de mesurer la température à l'échelle nanométrique. Basés sur des MOFs (réseaux métallo-organiques), ils sont capables de mesurer des valeurs de températures, du cryogénique à l'ambiante avec une précision et une sensibilité inégalées.

Des résultats, publiés dans le JACS, qui pourraient trouver des applications dans des domaines aussi variés que la biologie, la médecine, les nanotechnologies ou la science des matériaux.

Il existe une forte demande pour des thermomètres capables de mesurer très précisément des températures à l'échelle nanométrique et qui s'intègrent facilement dans les échantillons à mesurer. En biomédecine, ils pourraient par exemple permettre de mesurer la température à l'intérieur des cellules ou des tissus, ouvrant la voie à des diagnostics plus précis ou à un meilleur contrôle des thérapies par hyperthermie. En microélectronique, ils pourraient aider à détecter des points chauds dans les circuits intégrés, améliorant ainsi la fiabilité des dispositifs électroniques, pour ne citer que ces deux exemples.

Pour réaliser ces mesures, des matériaux luminescents à base des lanthanides, des réseaux métallo-organiques (MOFs), capables d'émettre une lumière dont l'intensité ou la couleur varie en fonction de la température, sont très prometteurs en tant que nanothermomètres. Jusqu'à présent, ces systèmes nécessitaient des concentrations élevées de lanthanides luminescents, entraînant de la désactivation par effet de concentration et limitant leur sensibilité.

Les nouveaux thermomètres proposés par les scientifiques du Centre de biophysique moléculaire (CNRS) et de l'Université Aristote de Thessalonique en Grèce, dans le cadre d'une collaboration internationale, utilisent des MOFs, matériaux cristallins constitués d'ions métalliques reliés entre eux par des ligands organiques. Ces structures, connues pour leur porosité et leur grande modularité, ont été ici conçues pour incorporer de façon contrôlée des ions de lanthanides luminescents. Grâce à cette approche innovante, les scientifiques sont parvenus à réaliser des nanothermomètres ratiométriques jusqu'à 10 fois moins concentrés en éléments luminescents que les systèmes actuels, tout en conservant leurs propriétés optiques.

Ces MOFs fonctionnent sur une large gamme de températures allant des températures cryogéniques (entre 10 et 110 kelvins) jusqu'à température ambiante (330 kelvins). Ils offrent des sensibilités de détection comparables aux valeurs les plus élevées rapportées dans la littérature.

Mieux encore, alors que la majorité des nanothermomètres actuels sont à base d'europium et de terbium, ces nouveaux systèmes utilisent pour la première fois la luminescence du samarium ou du dysprosium. L'utilisation de ces nouveaux éléments élargit les possibilités de réglage fin des propriétés lumineuses des matériaux, permettant de mieux adapter leur réponse en fonction des besoins spécifiques.

Enfin, la possibilité de contrôler précisément le taux de dopage des différents lanthanides permet d'ajuster finement la couleur de la luminescence émise par ces matériaux. Cette maîtrise pourrait s'avérer précieuse pour des applications en imagerie thermique à l'échelle nanométrique ou pour l'intégration de ces capteurs dans des dispositifs complexes.

Rédacteur: CCdM