rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Synthèse « verte » de nanoparticules non-toxiques
par laser pour des applications biomédicales
Chercheur : Michel Meunier
Collaborateurs : Andrei Kabashin (Polytechnique); Françoise Winnik (U. Montréal); Lothar Lilge (U. Toronto, Ontario)
Associé de recherche : Sergiy Patskovsky; Stagiaire postdoctoral : Jean-Philippe Sylvestre
Étudiants : Sébastien Besner, Paul Boyer, David Rioux et Étienne Boulais
Contact : Michel Meunier; michel.meunier@polymtl.ca; http://lpl.phys.polymtl.ca/
La technique d’ablation laser pulsé en milieu liquide (Pulsed laser ablation in liquid – PLAL) et de
fragmentation/croissance induite par laser (Laser-induced fragmentation/growth – LIF/G) permet de
synthétiser des nanoparticules (NPs) métalliques (Au, Ag, Pt, Fe, Co, etc.) et semiconductrices (Si,
Ge, etc.) dont la distribution de taille peut être contrôlée en modifiant les paramètres du laser et la
nature de l’environnement liquide. Synthétisées dans des milieux liquides biocompatibles, ces NPs
possèdent elles-mêmes une biocompatibilité accrue car leurs surfaces ne sont pas contaminées par
les réactifs toxiques employés traditionnellement dans des procédés de réduction chimique. Les
techniques de LIF/G sont également développées pour créer différents nanocomposés complexes
tels que des alliages métastables.
Les propriétés chimiques et physiques uniques des nanomatériaux
inorganiques les amènent à remplacer graduellement
les marqueurs organiques traditionnels dans nombre d’applications
biomédicales. Toutefois, les problèmes associés à
leur biocompatibilité mettent un frein à leur introduction dans
des applications in vivo. Les sources de toxicité des NPs sont
généralement associées à leur composition (ex. : Cd) ou aux
sous-produits des réactions de synthèse qui contaminent leur
surface. Pour résoudre ces inconvénients, nous développons
une technique de synthèse alternative combinant l’ablation et
le contrôle de taille par laser femtoseconde en milieu aqueux
biocompatible pour synthétiser des nanomatériaux métalliques
et semiconducteurs (Figure 1).
Figure 2. NPs d’or produites par PLAL et LIG dans une solution aqueuse de dextran.
La taille finale est contrôlée par le rapport molaire Dextran/Au.
Figure 1. PLAL femtoseconde (gauche) et LIF par auto-génération de lumière
blanche en milieu aqueux (droite).
Cette méthode en deux étapes nous permet de contrôler de
façon précise la taille des NPs entre 2 et 80 nm, avec une
dispersion de taille qui se compare avantageusement avec
celle obtenue avec les méthodes de synthèse chimique traditionnelles.
De plus, elle ne requiert pas l’utilisation d’agents
réducteurs ou de stabilisants toxiques. La figure 2 illustre le
contrôle de taille possible avec cette méthode pour des NPs
d’or stabilisées avec du dextran. De plus, le Dr. Prasad de
l’Université de Buffalo a démontré que ces NPs ultra-pures
améliorent grandement le rapport signal sur bruit lors de tests
de diffusion Raman augmentée en surface (SERS); augmentant
ainsi la limite de sensibilité de la technique.
Nos travaux visent maintenant à appliquer cette technique à
la production de structures complexes comme des alliages
ou des structures cœur-coquille, synthétisés en milieu aqueux
biocompatible, pour des applications biomédicales comme
la production d’oxygène singulet pour la thérapie photodynamique
(Lothar Lilge), la thérapie photothermique et la biodétection
SERS. Nos particules de Co et de Ni sont amorphes
et possèdent un caractère superparamagnétique à des tailles
supérieures aux limites théoriques de la transition vers le ferromagnétisme.
Le fait que nos nanoparticules soient amorphes
donne la possibilité d’exercer un contrôle par recuit sur la force
des échanges d’énergie, modifiant ainsi la contribution de la
surface à la magnétisation globale de nanomatériaux magnétiques
mous.
Références
• Synthesis of size-tunable polymer protected gold nanoparticles by
femtosecond laser-based ablation and seed growth”, S. Besner, A. V. Kabashin,
F. M. Winnik et M. Meunier,
J. Phys. Chem. C (Accepté 2009).
• “Ultrafast laser based «green» synthesis of non-toxic nanoparticles in aqueous
solutions”, S. Besner, A. V. Kabashin, F. M. Winnik et M. Meunier,
Appl. Phys. A-Mater. 93, 955 (2008).
• ““Fragmentation of colloidal nanoparticles by femtosecond laser-induced
supercontinuum generation”, S. Besner, A. V. Kabashin et M. Meunier,
Appl. Phys. Lett. 89, 233122 (2006).
77 | RQMP | projets