Une nouvelle méthode visualise les ligands sur les nanoparticules d’or dans un liquide

L’Université d’Anvers et CIC biomaGUNE ont mis au point une méthode prometteuse pour comprendre le rôle des molécules de surface dans la formation des nanoparticules. La recherche révolutionnaire, publiée dans Chimie naturellefournit un outil de caractérisation avancé pour la conception de nanomatériaux.

Les nanoparticules d’or font l’objet d’intenses recherches depuis plusieurs décennies en raison de leurs applications intéressantes dans des domaines tels que la catalyse et la médecine. Les « ligands de surface » sont des molécules organiques généralement présentes à la surface des nanoparticules d’or. Lors de la synthèse, ces ligands de surface jouent un rôle important dans le contrôle de la taille et de la forme des nanoparticules.

Depuis plusieurs décennies, l’équipe CIC biomaGUNE dirigée par le professeur de recherche d’Ikerbasque Luis Liz-Marzán étudie en détail les mécanismes de croissance et les propriétés de ces nanoparticules.

Malgré les nombreuses avancées qui ont reconnu l’importance des ligands de surface, de nombreuses questions demeurent quant à leur comportement exact pendant et après la croissance. L’observation directe des ligands de surface et de leur interface avec les nanoparticules d’or est donc un objectif de longue date pour de nombreux scientifiques dans ce domaine.

Visualisation directe de ligands sur des nanoparticules d’or en milieu liquide

La microscopie électronique à transmission (TEM) est la technique la plus largement utilisée pour étudier les nanoparticules. Cependant, l’étude des ligands de surface au moyen de TEM présente des défis importants ; la raison en est que les ligands sont sensibles au faisceau d’électrons, leur contraste est limité et leur structure sous vide diffère de leur état natif en solution.

Pour surmonter toutes ces difficultés, la collaboration entre l’équipe de Liz-Marzán du CIC biomaGUNE et l’équipe dirigée par le professeur Sara Bals de l’Université d’Anvers (Belgique) a permis de développer une nouvelle méthode pour caractériser les ligands de surface au moyen de TEM dans un environnement liquide.

L’équipe a encapsulé des nanorodes d’or entourées de ligands couramment utilisés en synthèse entre deux feuilles de graphène, créant ainsi une petite cellule liquide. Cette configuration leur a permis de profiter des propriétés exceptionnelles du graphène comme support d’échantillon pour le TEM.

Le graphène améliore non seulement l’imagerie TEM, mais réduit également les dommages causés par les faisceaux d’électrons grâce à ses excellentes propriétés thermiques et électriques. De cette manière, l’équipe de recherche a pu visualiser la coque du ligand et déterminer sa composition.

Les résultats de l’étude ont fourni de nouvelles informations sur la structure de la couche superficielle formée par les ligands. En particulier, l’observation en temps réel d’une micelle (un petit groupe de ligands) se déplaçant et entrant en collision avec un nanorod d’or adjacent remet en question le modèle d’une éventuelle couche de ligands statique et uniforme.

La méthode proposée dans l’étude ouvre de multiples opportunités pour comprendre le rôle des molécules de surface dans la formation de nanoparticules plus complexes, telles que les nanoparticules chirales, dont le mécanisme de croissance reste largement inexploré (les particules chirales peuvent absorber préférentiellement la lumière d’une polarisation donnée, en respectant à la nanoparticule de chiralité opposée).

En outre, cette méthode s’avère prometteuse pour l’étude de ce que l’on appelle la « couronne protéique » qui se forme autour des nanoparticules dispersées dans les biofluides, ce qui sera crucial dans la conception de nouvelles stratégies diagnostiques et thérapeutiques pour le traitement des maladies.

Cette recherche fait non seulement progresser la compréhension des interactions entre les nanoparticules d’or et les ligands, mais fournit également un outil de caractérisation avancé pour la conception de nanomatériaux et leurs applications dans divers domaines de la nanotechnologie, comme la nanomédecine, la catalyse ou la détection.