Percée dans le domaine des métamatériaux : pour la première fois au monde, des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv sous la direction du Prof. Pavel Ginzburg et du Dr. Roman Noskov de la Faculté d'ingénierie, ont réussi à développer une technologie ultramoderne capable de transformer une nanoparticule de craie transparente en une sorte d’or synthétique brillant, c’est-à-dire la faire briller et la rendre visible malgré sa petite taille. Selon les chercheurs, le nouveau procédé pourrait servir de base à des médicaments innovants dans le domaine du cancer.
L’étude, réalisée en collaboration le Prof. Dmitry Gorin (Centre SkolTech de Moscou), le Dr. Evgeny Shirshin (Université de Moscou) et le Prof. Simon Fleming (Université de Sydney en Australie), va être publiée dans la prestigieuse revue scientifique Advanced Materials.
Des particules 30 000 plus fines qu'un cheveu
Il existe dans la nature une grande variété de matériaux possédant des propriétés diverses. Mais les nouveaux défis auxquels l'humanité est aujourd'hui confrontée dans de nombreux domaines obligent les scientifiques à développer de nouveaux matériaux dotés de propriétés n’existant pas dans la nature. Ces matériaux synthétiques sont appelés supermatériaux ou méta-matériaux. L'exemple peut-être le plus connu est celui des cristaux à indice de réfraction négatif qui ont fait l'objet d'études approfondies et ont fait preuve de performances hors du commun dans le domaine de l’imagerie optique et pour beaucoup d’autres applications.
Les chercheurs de l'Université de Tel-Aviv, en collaboration avec leurs collègues de grandes universités du monde entier cherchent actuellement à utiliser ces métamatériaux dans le domaine de la médecine et en particulier celui de la théranostique (combinaison de « thérapie » et diagnostique »). Il s'agit du développement de minuscules structures (nanoparticules) intelligentes, et de leur insertion dans le corps humain afin de réaliser à la fois le diagnostic et le traitement si nécessaire, par exemple en cas de cellules cancéreuses. L'idée des chercheurs était de concevoir un métamatériau qui puisse à la fois pénétrer dans les cellules vivantes, être biocompatible, transporter un médicament et être détecté par des appareils d'imagerie médicale.
Grâce à la nanotechnologie et à la collaboration avec des experts en microscopie électronique du monde entier, les chercheurs de l’Université de Tel-Aviv ont développé une méthode grâce à laquelle ils ont pu transformer une nanoparticule de craie poreuse non détectable par les appareils d'imagerie, en une sorte d'or synthétique brillant, en lui insérant des particules d'or de 3 nanomètres (soit 30 000 fois plus fin que l'épaisseur d'un cheveu et au moins 100 fois plus petit que la limitation de vision d'un microscope optique standard). Ils ont ainsi pu créer une résonance de plasmons à la surface de l'ensemble de la structure et modifier en fait ses propriétés optiques, réalisant pour la première fois cet exploit impressionnant.
La termothérapie pour détruire les tumeurs cancéreuses
Selon le Dr. Roman Noskov, cette percée permettra par la suite d'ajouter des fonctions supplémentaires aux métamatériaux, et aura des utilisations pratiques dans de nombreux domaines : « A cette plate-forme que nous avons réussi à concevoir, on peut rajouter des fonctions supplémentaires telles que la visibilité par un appareil IRM, la délivrance de médicaments ; voire même la transformer en nanolaser ou en poudre pulvérulente aux nombreuses applications, allant des marqueurs biologiques à la coloration d’objets décoratifs. De plus, la nouvelle technologie de transformation de la craie en or synthétique pourra réduire considérablement le processus de production de diverses plates-formes pour la production de produits pharmaceutiques et d’appareils électro-optiques ».
Mais l’application la plus spectaculaire pourrait être dans le domaine du traitement du cancer : « Au cours de l'étude, nous avons réussi à prouver que les particules que nous avons développées peuvent être chauffées à l'aide d'un laser », ajoute le Prof. Pavel Ginzburg. « Comme nous avons un contrôle total sur la fréquence de résonance de la particule, nous pouvons la chauffer à l'aide d'un laser infrarouge qui pénètre les tissus, et c'est la clé de la thermothérapie. Par exemple, une élévation de température de plusieurs degrés à proximité d'une tumeur cancéreuse est capable de la détruire. Cependant le chemin vers une méthode de traitement sera encore long, car il est nécessaire de pratique une série d'expériences de suivi avec des cellules vivantes ».
Photos:
1-2.: Illustrations de la recherche
3.: le Prof. Pavel Ginsburg
(Crédit photos et illustrations: Université de Tel-Aviv)
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