La synthèse des nanoparticules de carbone luminescents à l'infrarouge - vers l'imagerie biomédicale

 

Rafik Naccache

Université Concordia

 

Domaine : matériaux

Programme : établissement de nouveaux chercheurs universitaires

Concours 2019-2020

La quête de nanomatériaux luminescents plus émetteurs et efficaces a été un moteur clé de la recherche actuelle en luminescence. Au-delà de la luminescence, il y a eu un effort significatif pour la découverte et l'intégration des nanomatériaux biocompatibles dans une multitude d'applications, notamment en biologie, pour le développement des capteurs, pour le diagnostic ainsi que pour l'imagerie. C'est à cet égard que les nanoparticules de carbone surnommées les « carbon dots » ont suscité un intérêt considérable. Cela est dû à plusieurs facteurs, dont la capacité de les préparer à partir de précurseurs facilement disponibles et peu coûteux, et au fait qu'ils sont considérés comme ayant une faible toxicité chimique et une biocompatibilité élevée. Les nanoparticules de carbone pouvant être excitées et émettant de la lumière dans le proche infrarouge sont particulièrement intéressantes car elles peuvent être intégrées dans des applications de bio-imagerie et de diagnostic. Cependant, l'un des défis majeurs est la synthèse de telles nanoparticules de carbone émettant dans le proche infrarouge. La majorité de leurs synthèses présentées à ce jour produisent des « carbon dots » excités/fluorescents dans la région visible du spectre, notamment dans les régions bleues ou vertes. Des « carbon dots » qui émettent une fluorescence dans la région infrarouge de 750 à 950 nm, c'est-à-dire dans la première fenêtre biologique, n'ont pas encore été réalisés. Il existe donc un besoin urgent de développer et d'étudier leur synthèse afin de surmonter ce défi. Nous proposons l'utilisation de synthèses thermiques telles que les synthèses microondes et les synthèses hydrothermales pour préparer des « carbon dots » pouvant être excités/fluorescents dans la région proche infrarouge du spectre. Nous étudierons l'influence du précurseur et le rôle des paramètres de la réaction dans la détermination des leurs propriétés physico-chimiques et optiques. Des efforts de caractérisation complète seront effectués pour déterminer la relation entre la taille, la phase, la morphologie, la chimie de surface et les propriétés fluorescentes.

En outre, nous étudierons les techniques de passivation de surface comme moyen non seulement d'amélioration mais aussi de manipulation de leurs propriétés optiques. La synthèse de ces « carbon dots » fait partie de la vision de recherche à long terme de mon laboratoire qui vise à exploiter leurs propriétés optiques dans plusieurs applications qui touchent la bio-imagerie, notamment le développement de nouveaux outils de diagnostic, de sondes thermosensibles (nanothermomètres) et la livraison ciblée des médicaments. Mon groupe s'appuiera sur son expérience dans la synthèse et dans la purification de nanomatériaux pour atteindre ces objectifs. Les résultats contribueront activement à l'avancement de la recherche sur les matériaux au Québec et consolideront sa position comme chef de file dans la recherche sur les nanomatériaux au Canada.