Le prix Nobel de chimie récompense les points quantiques

ThéLe prix Nobel de chimie 2023 a été décerné à Maungi Bawendi du Massachusetts Institute of Technology, Lewis Bruce de l’Université de Columbia et Alexey Ekimov de Nanocristal Technology Inc. “pour la découverte et la synthèse de points quantiques”. Les propriétés de ces nanoparticules telles que la couleur et les caractéristiques thermiques varient en fonction de leur taille.

« Ces réalisations représentent une étape importante dans le domaine de la nanotechnologie. Et aujourd’hui, les points quantiques ont de nombreuses applications, des écrans QLED à l’imagerie en biochimie et en médecine, et bien plus encore », a déclaré Johan Aquist, biochimiste à l’Université d’Uppsala et président du Comité Nobel de chimie, lors de la conférence de presse.

Dès les années 1930, des chercheurs comme le physicien Herbert Frohlich de l’Université de Bristol avaient prédit les propriétés inhabituelles des nanoparticules, mais pendant de nombreuses années, les chercheurs n’ont pas pu les tester. “Pendant les cinq décennies suivantes, il semblait presque impossible de fabriquer un tel matériau”, a déclaré Heiner Linke, chercheur en nanosciences à l’Université de Lund et membre du Comité Nobel de chimie, lors de la conférence de presse.

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Cependant, en 1981, Ekimov, travaillant à l’Institut d’optique d’État SI Vavilov dans l’ex-Union soviétique, a fait une découverte sans précédent en mesurant l’absorption lumineuse du verre coloré.¹ À l’époque, les scientifiques savaient que l’ajout de la même substance au verre pouvait donner différentes couleurs de verre, selon la manière dont le matériau était chauffé et refroidi. Ekimov a utilisé du chlorure de cuivre pour colorer le verre en le chauffant à différentes températures et en le refroidissant pendant différentes périodes. Cela a produit de petits cristaux de chlorure de cuivre de différentes tailles. Lorsqu’il a mesuré l’absorption lumineuse du verre, il a constaté que la taille des particules affectait leur absorption lumineuse ; Les petites particules absorbent la lumière bleue. Ekimov s’est rendu compte qu’il avait démontré un effet quantique dépendant de la taille et, bien qu’il ait publié ses résultats dans une revue de recherche soviétique, ses recherches étaient difficiles d’accès aux États-Unis.

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Ignorant les recherches d’Akimov, Bruce, qui travaillait à l’époque aux laboratoires Bell aux États-Unis, a produit indépendamment ses propres points quantiques deux ans plus tard.² Bruce a expérimenté de minuscules particules de sulfure de cadmium pour ses travaux sur l’utilisation de l’énergie solaire pour déclencher des réactions chimiques. Il a observé que les propriétés optiques de ces particules changeaient avec le temps et a supposé que cela était dû au fait que les particules grossissaient. Il a ensuite comparé des particules de différentes tailles et observé des effets quantiques similaires dépendant de la taille, devenant ainsi le premier à découvrir des points quantiques en solution.

“Cependant”, a déclaré Aquist, “pour rendre ces points quantiques vraiment utiles, [scientists] Ils doivent pouvoir être mis en solution avec un excellent contrôle de leur forme et de leur surface. Maungi Bawendi a inventé une méthode chimique simple pour y parvenir. Il peut désormais fabriquer des nanoparticules parfaites de formes très spécifiques et de très haute qualité. » La technique de synthèse précise de Bawendi, publiée en 1993, a permis l’utilisation commerciale généralisée des points quantiques.³

Bien que les points quantiques n’aient pas encore été largement utilisés en biomédecine, ils ont de nombreuses applications potentielles, notamment l’imagerie de cellules vivantes et de tumeurs, la photothérapie contre le cancer et l’administration traçable de médicaments.⁴ Les points quantiques sont toujours un domaine de recherche actif et, a déclaré Linke, “nous pensons que de très grandes applications sont encore dans le futur”.

Référence

1. Ekimov AI, Onushchenko AA. Effets de taille quantique dans les cristaux semi-conducteurs microscopiques tridimensionnels. Journal soviétique d’articles de physique expérimentale et théorique, 1981;34:345.
2. Rossetti R et coll. Effets de taille quantique sur le potentiel rédox, les spectres Raman de résonance et les spectres électroniques des cristallites CdS en solution aqueuse. Journal de physique chimique, 1983;79(2):1086-1088.
3. Murray CB et coll. Synthèse et caractérisation de nanocristallites semi-conducteurs presque monodisperses en CdE (E = soufre, sélénium, tellure). Société JM Chem, 1993;115(19):8706-8715.
4. Abdellatif AAH et al. Applications biomédicales des points quantiques : aperçu, défis et potentiel clinique. Int J Nanomédecine, 2022;17 :1951-1970.