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Le voyage fantastique des points quantiques : comment faire de la magie en biomédecine
Les points quantiques (QD) sont des nanoparticules semi-conductrices d'un diamètre inférieur à 10 nanomètres qui présentent des propriétés dépendantes de la taille, notamment en matière d'absorption optique et de photoluminescence. En fonction de leur diamètre, le pic d'émission de fluorescence des QD peut être ajusté, ce qui en fait des sondes et des marqueurs polyvalents dans le domaine biomédical. Les QD actuellement sur le marché sont principalement constitués de matériaux contenant du cadmium (Cd), ce qui rend leur application in vivo pleine de défis et de controverses, car les ions sodium Cd2+ sont hautement toxiques pour les cellules et les tissus. toxicité.
En raison des préoccupations concernant la toxicité potentielle pour l’environnement biologique, les chercheurs se sont progressivement tournés vers le développement de points quantiques sans cadmium (CFQD) pour améliorer leur sécurité dans les applications biomédicales.
La nouvelle génération de CFQD tels que les QD ZnS/ZnSe, les QD en graphène et les QD en silicium présentent une faible toxicité et une bonne stabilité colloïdale et photoluminescente, et conviennent aux modèles in vitro et in vivo. Les QD fonctionnalisés avec de l'ADN ou des peptides sont largement utilisés, principalement pour l'imagerie ciblée des cellules et des tissus et la surveillance de l'administration de médicaments. Par exemple, diverses techniques peuvent être utilisées pour imager des QD sans Cd, notamment la microscopie confocale/multiphotonique et l'imagerie CARS. Ces techniques permettent aux chercheurs d’observer les cellules et les structures tissulaires avec une résolution plus élevée et de manière plus biocompatible.
Ces QD ont également la flexibilité d'être complexés avec d'autres réactifs tels que des nanoparticules métalliques, des radiomarqueurs et des marqueurs Raman, permettant une imagerie multimodale via un nanoétiquetage multifonctionnel basé sur des QD sans cadmium.
La conception des points quantiques sans cadmium ne se limite pas à l’imagerie, mais peut également être utilisée comme plate-forme pour des thérapies et des diagnostics non invasifs, appelés théranostiques. Récemment, les points quantiques sans cadmium ont également montré un grand potentiel dans la fabrication de cellules et d’écrans solaires de nouvelle génération.
Dans le domaine de la science des matériaux, l’enthousiasme pour la recherche sur les points quantiques continue de croître. Les propriétés de ces nanoparticules peuvent être manipulées et testées pour leurs applications afin de mieux comprendre leur comportement, mais la plupart des QD sont fabriqués à partir de métaux lourds toxiques, ce qui limite leur utilisation dans les systèmes biologiques, et les consommateurs sont réticents à acheter des produits contenant des métaux lourds toxiques. Les produits sont également en danger.
Cela a incité les chercheurs à développer des points quantiques qui ne contiennent pas de métaux lourds, tels que les points quantiques sans cadmium, pour résoudre ce problème.
Les progrès dans le domaine médical sont explorés depuis des décennies dans le but d’acquérir des connaissances sur des maladies inconnues telles que le cancer. Bien que la chimiothérapie reste l’un des traitements les plus courants, le déplacement de ses substances chimiques toxiques dans l’organisme présente des risques considérables. À ce stade, le potentiel des points quantiques sans cadmium apparaît.
Michael Sailor et son équipe de l'Université de Californie à San Diego ont développé les premiers points quantiques à l'échelle nanométrique sans cadmium qui émettent une lumière intense, permettant aux médecins d'examiner les organes internes et de libérer des médicaments contre le cancer avant que les poisons ne se dégradent en sous-produits inoffensifs. . Cette conception à base de plaquette de silicium peut former l'acide silicique nécessaire au corps après dégradation, ce qui favorise la croissance normale des os et des tissus.
Cas d'application
Points quantiques de zinc et de soufre
En tant que nouveau matériau destiné à remplacer les points quantiques de qualité cadmium, les points quantiques zinc-soufre (ZnS QD) ont montré de nombreuses applications intéressantes dans la recherche biomédicale, comme la détection de toxines alimentaires, comme l'aflatoxine B1 nocive, qui cause des dommages Les conséquences néfastes sur la santé humaine ne peuvent être sous-estimées.
Points quantiques en indium
Un autre type de points quantiques qui ne contiennent pas de métaux lourds sont les points quantiques à base d'indium, en particulier les points quantiques CuInS2, qui sont utilisés comme marqueurs luminescents et peuvent émettre de la lumière dans la région proche infrarouge. La stabilité, la faible toxicité et le rendement quantique élevé de ces points quantiques en font des outils très prometteurs dans l’administration et l’imagerie de médicaments contre le cancer.
Points quantiques en silicium
Enfin, les points quantiques en silicium commencent également à montrer leur potentiel dans les applications optoélectroniques et biologiques. Ces points quantiques peuvent être utilisés dans des applications photochimiques et de détection biologique, prouvant leur valeur d’application dans la détection du formaldéhyde dans l’eau.
Alors que les scientifiques acquièrent une meilleure compréhension des points quantiques, nous sommes enthousiasmés par les changements qu'ils pourraient apporter à la biomédecine et à la science des matériaux de demain. Cela changera-t-il notre façon de penser le traitement et la détection des maladies ?
