Nanocristal

Un nanocristal est un monocristal dont au moins une des dimensions est inférieure à 100 nm.

Pour les nanocristaux de semi-conducteurs, pour des dimensions inférieures à 10 nm on parle fréquemment aussi de point/boite quantique (ou quantum dot, ou encore qdot).

Effet induit par l'échelle nanométrique

À cause de sa petite taille, il se comporte comme un puits de potentiel qui confine les électrons dans trois dimensions, dans une région d'une taille de l'ordre de la longueur d'onde des électrons selon de Broglie), soit quelques nanomètres dans un semi-conducteur.

Ils sont à comparer aux fils quantiques (en 2 dimensions) ainsi qu'aux puits quantiques en 1 dimension.

À cause du confinement, les électrons du nanocristal ont des niveaux d'énergie discrets et quantifiés, de façon comparable à un atome. Pour cette raison les nanocristaux sont quelquefois nommés «atomes artificiels». Les niveaux d'énergie peuvent être contrôlés par le changement de la taille et de la forme du nanocristal, mais aussi par la profondeur du potentiel.

Nanocristal de semi-conducteur

Un tel cristal présente des propriétés de fluorescence qui le rendrait intéressant pour de nouvelles formes d'imagerie moléculaire, mais à cause de sa taille, il pose cependant certainement des problèmes de toxicité (nanotoxicité) telle qu'il semble pour le moment complexe à utiliser en imagerie médicale (sauf sur culture cellulaire, hors du corps).

Un nanocristal entouré d'un ligand judicieusement choisi peut cibler certaines molécules d'intérêt. Lorsqu'il absorbera un photon, ce photon fera passer un électron dan la bande de conduction en faisant un trou dans la bande de valence, créant une paire électron-trou dite exciton. Cet exciton se recombinera ensuite en libérant un photon de fluorescence qu'on observera avec un filtre approprié à sa longueur d'onde, et un matériel d'augmentcation lumineuse. Les nanocistaux de semi-conducteurs ont quelques caractéristiques les rendant intéressant pour l'imagerie moléculaire ^{[1], [2]} :

• leur cœfficient d'absorption est plus élevé que ceux des colorants organiques actuellement utilisés ;
• ils sont plus stables (éclairés, ils peuvent continuer à émettre une lumière fluorescente durant plusieurs minutes, ou alors pour certains plusieurs heures) que les colorants organiques (qui photoblanchissent (i. e. perdent leur capacité de fluorescence) dans les quelques secondes suivant leur éclairement ;
• ils ont de bons rendement de fluorescence (jusqu'à 80 % de la lumière absorbé est rendue sous forme de fluorescence)  ;
• les plus petits émettent dans le bleu et les plus "gros" dans le rouge ;
• on sait de mieux en mieux les solubiliser dans l'eau et les conjuguer à des molécules-cibles via des ligands organiques qu'on leur a préalablement associé.

Voir aussi

1. Medintz Il et al.  ; Nat Mater 4, 435-46 ; 2005
2. Michalet X et al.  ; Science 307, 538-44 ; 2005

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