Une nouvelle méthode pour explorer le nanomonde
Un grand pas en avant dans la caractérisation des nanoparticules : Une application possible de cette technique pourrait être d'identifier les maladies
Des scientifiques de l'Institut Max Planck pour la science de la lumière (MPL) et du Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin (MPZPM) d'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 pourrait être l'identification des maladies.
Le tableau intitulé Plusieurs cercles de Vasily Kandinsky (1926) décrit à merveille une situation typique, où des nanoparticules de tailles et de matériaux différents coexistent dans un échantillon. iNTA offre une résolution particulièrement élevée pour identifier ces populations.
Les nanoparticules sont partout. Elles sont dans notre corps sous forme d'agrégats de protéines, de vésicules lipidiques ou de virus. Elles sont présentes dans notre eau potable sous forme d'impuretés. Elles sont dans l'air que nous respirons sous forme de polluants. Parallèlement, de nombreux médicaments sont basés sur l'administration de nanoparticules, y compris les vaccins que nous avons reçus récemment. En ce qui concerne les pandémies, les tests rapides utilisés pour la détection du SRAS-Cov-2 sont également basés sur les nanoparticules. La ligne rouge, que nous surveillons jour après jour, contient des myriades de nanoparticules d'or recouvertes d'anticorps contre les protéines qui signalent l'infection.
Techniquement, on appelle un objet une nanoparticule lorsque sa taille (son diamètre) est inférieure à un micromètre (un millième de millimètre). Les objets de l'ordre du 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. Il est intéressant de noter que c'est également la taille des virus, qui peuvent être aussi petits que 0,02 micromètre.
Au fil des ans, les scientifiques et les ingénieurs ont conçu un certain nombre d'instruments pour caractériser les nanoparticules. Idéalement, on souhaite mesurer leur concentration, évaluer leur taille et leur distribution de taille, et déterminer leur substance. Un exemple haut de gamme est le microscope électronique. Mais cette technologie présente de nombreuses lacunes. Elle est très encombrante et coûteuse, et les études sont trop longues car les échantillons doivent être soigneusement préparés et mis sous vide. Et même dans ce cas, il reste difficile de déterminer la substance des particules que l'on voit dans un microscope électronique.
Un appareil rapide, fiable, léger et portable, pouvant être utilisé dans le 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 sont insuffisantes pour examiner les nanoparticules les plus petites, c'est-à-dire bien 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 a maintenant inventé un nouveau dispositif qui offre un grand bond en avant dans la caractérisation des nanoparticules. La méthode s'appelle iNTA, abréviation de Interferometric Nanoparticle Tracking Analysis. Leurs résultats sont présentés dans le numéro de mai de la revue internationale Nature Methods.
La méthode est basée sur la détection interférométrique de la lumière diffusée par les 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 grandes particules. L'équation qui décrit ce phénomène - la relation de Stokes-Einstein - remonte au début du siècle dernier et a depuis lors été utilisée dans de nombreuses applications. En bref, si l'on pouvait suivre une nanoparticule et recueillir 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 passent à toute vitesse.
Au cours des deux dernières décennies, les scientifiques du MPL ont mis au point une méthode de microscopie spéciale, appelée microscopie par diffusion interférométrique (iSCAT). Cette technique est extrêmement sensible pour détecter les nanoparticules. En appliquant l'iSCAT au problème de la diffusion des nanoparticules, le groupe du MPL a réalisé qu'il pouvait surpasser les instruments existants sur le marché. La nouvelle technologie présente un avantage particulier pour déchiffrer les mélanges de nanoparticules de différentes tailles et de différents matériaux.
Les applications de la nouvelle méthode sont multiples. Un domaine d'application particulièrement intéressant concerne les véhicules de taille nanométrique sécrétés par les cellules, les "vésicules extracellulaires". Celles-ci sont constituées d'une enveloppe lipidique, un peu comme une nanobulle de savon. Mais l'enveloppe et le liquide interne contiennent également des protéines, qui nous renseignent sur l'origine des vésicules, c'est-à-dire sur l'organe ou le processus cellulaire dont elles proviennent. Lorsque la quantité de protéines et/ou la taille des vésicules s'écartent de la normale, cela peut signifier que la personne est malade. Il est donc 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 qui permettra aux scientifiques du monde entier de bénéficier des avantages de l'iNTA.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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