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Bio-imagerie : des quantum dots fonctionnalisés avec de l’ADN, efficaces et biocompatibles


​Plusieurs équipes du CEA-Irig ont développé des quantum dots (boîtes quantiques semi-conductrices) photoluminescents pour la bio-imagerie ou la détection de biomolécules. Ces nanoobjets de type cœur-coquille AgInS2/ZnS, fonctionnalisés avec de l'ADN, sont biocompatibles, non toxiques et émettent efficacement dans le proche infrarouge. Autant d'atouts pour une bonne qualité d'image !
Publié le 22 mars 2021

Des sondes fluorescentes convenablement fonctionnalisées permettent de détecter des biomolécules ou de suivre in vivo leur évolution dans des cellules ou des organismes vivants.

C'est le cas des quantum dots. Ils présentent l'avantage d'être bien plus stables que les fluorophores organiques et, suivant leur taille, peuvent émettre sur une large gamme de longueurs d'onde, en particulier dans le proche infrarouge que l'environnement biologique n'absorbe et ne diffuse que très peu. Mais sont-ils biocompatibles ?

Les quantum dots usuels émettant dans l'infrarouge contiennent des métaux cytotoxiques tels que du cadmium ou du plomb. C'est pourquoi il faut développer de nouveaux composants sans métaux lourds toxiques. Les quantum dots à base de sulfure d'argent et d'indium (AgInS2) apparaissent prometteurs : des publications montrent en effet qu'ils peuvent atteindre un rendement quantique de photoluminescence élevé (jusqu'à 66 %).

Trois équipes de chimistes, biochimistes et physiciens de l'Irig ont ainsi mis au point une nouvelle méthode de synthèse de quantum dots composés d'un cœur AgInS2 et d'une coquille ZnS, qui émettent à 650-750 nm. La photoluminescence atteint un rendement record de 55 % pour ce procédé de synthèse. Ces cœurs-coquilles sont fonctionnalisés par greffage de monobrins d'ADN sur les coquilles. Le procédé colloïdal en milieu aqueux produit des quantum dots fonctionnalisés qui sont hydrosolubles. De plus, la photoluminescence du cœur-coquille fonctionnalisé est préservée avec un rendement de 42 %.

L'immobilisation des brins d'ADN à la surface de la coquille ZnS est attestée par différentes techniques d'analyse (spectroscopie UV-visible, électrophorèse sur gel, diffusion dynamique de la lumière, potentiel de surface, imagerie par résonance plasmonique de surface). La fonctionnalité de ces nano-objets a notamment été validée par hybridation sélective sur des plots fonctionnalisés avec le monobrin d'ADN complémentaire. L'expérience démontre à la fois la stabilité du couplage quantum dot – ADN et la préservation de l'activité biologique de l'ADN ancré.



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