La lumière dans le nanomonde : comment les microscopes optiques permettent d'étudier en détail les nanoparticules
L'objectif : le développement de nouvelles nanoparticules pour des applications biomédicales.
C'est comme essayer de scanner un disque vinyle avec un marteau : La lumière est en effet trop "grossière" pour imager de petites particules à l'échelle nanométrique. Pourtant, dans le cadre de leur projet "Supercol" - financé par l'Union européenne - les scientifiques veulent y parvenir : L'étude des nanoparticules par la lumière. Pour y parvenir, ils associent des méthodes récompensées par le prix Nobel à des procédés informatiques modernes. L'objectif : le développement de nouvelles nanoparticules pour des applications biomédicales.
Grâce à une combinaison de microscopie à super-résolution et de microscopie électronique, les scientifiques peuvent désormais déterminer avec beaucoup plus de précision la position des molécules à la surface des nanoparticules. À l'avenir, cela pourrait permettre de nouvelles applications biomédicales.
Max-Planck-Institut für Polymerforschung
Les nanoparticules - c'est-à-dire les petites particules dont la taille est comprise entre quelques dizaines et quelques centaines de milliardièmes de mètre - constituent un vaste champ de recherche. Elles rendent par exemple possibles les dernières applications biomédicales en agissant comme une sorte de conteneur pour transporter les principes actifs vers leur cible. Idéalement, leur surface est "fonctionnalisée", c'est-à-dire dotée d'une pièce de puzzle moléculaire, ce qui leur permet de s'arrimer uniquement aux cellules cibles souhaitées dans l'organisme.
Cependant, l'étude de ces particules et des molécules présentes à leur surface est difficile : la lumière est fondamentalement trop "grossière" pour permettre l'imagerie de ces particules dans un microscope optique normal. La lumière visible dans la gamme des UV à l'infrarouge peut tout au plus résoudre des particules d'une taille de 200 nanomètres - 200 milliardièmes de mètre. Une taille trop grande pour déterminer où se trouve, par exemple, une pièce de puzzle moléculaire sur sa surface ou pour déterminer leur nombre.
"C'est un peu comme essayer d'écouter un disque avec un marteau, alors que ce dont vous avez vraiment besoin, c'est d'une aiguille", explique Ingo Lieberwirth, chef de groupe dans le département de Katharina Landfester à l'Institut Max-Planck de recherche sur les polymères. Lieberwirth dirige le groupe "Microscopie électronique" et sait donc que "les microscopes électroniques peuvent bien imager ces particules - mais il y a aussi un grand risque que les électrons utilisés endommagent les molécules amarrées."
Vers une plus haute résolution
Les chercheurs ont donc utilisé une méthode qui leur a valu le prix Nobel de chimie 2014 : Dans ce que l'on appelle la "microscopie à super-résolution", de petites particules fluorescentes - appelées fluorophores - sont utilisées et, dans le cas des nanoparticules, attachées à des molécules à sa surface. Ces fluorophores ont la propriété de clignoter statistiquement dans un microscope. La position de ce signal clignotant peut être détectée avec beaucoup plus de précision que ne le permettrait la microscopie optique classique.
"Imaginez simplement que deux personnes se tiennent côte à côte sur une montagne sombre et qu'elles braquent leur lampe de poche dans leur direction", a déclaré Lieberwirth. "Si elles brillent toutes les deux en même temps, il est difficile de dire, qu'il y a deux lampes de poche. Mais lorsqu'elles clignotent, la différence de position devient beaucoup plus claire."
Utiliser la puissance de l'ordinateur pour découvrir la vérité
Cependant, l'image de la nanoparticule obtenue de cette manière n'est que la moitié de la vérité : les nanoparticules ont des propriétés qui peuvent fausser cette image - par exemple des phénomènes de résonance qui amènent aussi une partie de la nanoparticule à briller, et pas seulement le fluorophore. Les scientifiques ont donc imagé les nanoparticules en utilisant à la fois la microscopie électronique et la microscopie optique à super-résolution. Alors que la microscopie électronique fournit la position "réelle" de la molécule amarrée, les effets physiques dans le microscope optique entraînent un décalage. Un logiciel corrèle désormais les deux images - et peut ainsi prédire la position réelle sur la base de l'image du microscope optique.
Les chercheurs espèrent maintenant utiliser leur méthode pour étudier les nanoparticules au microscope optique, qui fournit des résultats plus rapides et ne détruit pas les particules. Cela permettra à l'avenir d'étudier les nanoparticules de manière plus précise et plus complète, ce qui débouchera sur de nouvelles applications biomédicales.
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.
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités de l’industrie chimique
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée à l'industrie chimique, aux méthodes analytiques, aux laboratoires et à la technologie des processus vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
