Synthèse de nanoparticules plasmoniques par laser femtoseconde en milieu liquide pour des applications biomédicales

La synthèse de nanoparticules plasmoniques (Au, Ag, Cu, AuAg, AuCu) par laser femtoseconde est décrite. Celle-ci repose sur l'ablation laser d'une cible solide immergée dans un liquide, ainsi que sur la fragmentation et la croissance de nanoparticules en solution. Ce procédé en deux étapes augmente significativement le taux de production, la reproductibilité et la gamme de nanoparticules pouvant être générées comparativement à l'ablation laser directe. Ces avantages proviennent d'un découplage artificiel séparant les processus de nucléation (production de nouveaux noyaux) et de croissance (contrôle de la taille) en solution. Ainsi, la productivité peut être maximisée en ajustant les paramètres laser favorisant de forts taux d'ablation sans tenir compte des distributions produites, puis la taille peut être contrôlée finement par l'irradiation secondaire de la solution colloïdale initialement formée. Pour l'or, la croissance de noyaux nanométriques préformés par ablation laser en présence d'un agent stabilisant permet la synthèse de nanoparticules directement fonctionnalisées avec des tailles moyennes variant entre 3-76 nm et des coefficients de variation (COV) compris entre 15-30 %. Le contrôle de taille est aussi beaucoup plus simple que lors de l'ablation laser directe, puisqu'il dépend uniquement du ratio entre la concentration molaire d'or et de l'agent stabilisant en solution. Bien que démontré pour le dextran et le polyéthylène glycol (PEG), ce type de contrôle de taille reste valide pour l'ensemble des agents stabilisants et ouvre donc la voie à la synthèse d'un grand nombre de bioconjugués. La combinaison de l'ablation et de la fragmentation par laser femtoseconde permet aussi la synthèse de nanoparticules d'or très stables et quasi monodisperses dans l'eau pure. Elle élimine donc les problèmes de contamination de surface généralement associés à la synthèse chimique de nanoparticules basée sur une approche ascendante. Le contrôle de taille est plus restrictif cependant, puisqu'il dépend fortement de la concentration d'or en solution. Il requiert donc un ajustement des paramètres laser en fonction de la concentration afin d'établir un rayon critique d'équilibre entre les processus de coalescence et de fragmentation. Cet équilibre permet toutefois la formation de nanoparticules d'or ayant des tailles moyennes variant de 20 nm à ~50 nm et des COV de l'ordre de 20-30 %. Ces nanoparticules sont uniques pour des applications de détection de haute sensibilité basées sur la diffusion Raman augmentée en surface (SERS), puisqu'elles