Que choisir : des Nanoétoiles d’Or ou des Nano-oursins d’Or ?

Ils se composent généralement d'un noyau central avec un nombre limité de pointes relativement longues et à rapport d'aspect élevé , formant des pointes acérées bien définies .

Présente un noyau sphérique densément recouvert de nombreuses protubérances plus courtes, créant une surface très rugueuse, « semblable à un oursin » ou « à une framboise », avec de nombreuses pointes à courbure modérée .

Offrent une fine possibilité de réglage de leur résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) du visible au NIR ‑ I/NIR ‑ II simplement en ajustant la longueur, le nombre et la taille du noyau de la pointe, permettant une correspondance précise avec des longueurs d'onde laser spécifiques pour l'imagerie ou la thérapie.

La résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) est également décalée vers le rouge par rapport aux sphères lisses en raison de la rugosité de surface et des protubérances, et peut atteindre le proche infrarouge (NIR-I), mais le réglage est généralement plus grossier et conduit à des bandes plus larges. Cette large réponse est utile pour un éclairage à large bande, mais moins idéale lorsqu'une correspondance spectrale très étroite est nécessaire.

Des champs électriques intenses et très localisés se concentrent à l'extrémité des pointes et dans les espaces entre elles, ce qui entraîne de très fortes amplifications du champ. Les simulations et les expériences montrent des facteurs d'amplification suffisamment élevés pour détecter de très faibles concentrations d'analyte (jusqu'à ~10 ⁻ 12– 10 ⁻ 13 M pour les nanotags SERS optimisés).

La surface dense et rugueuse produit de nombreux points chauds sur toute la particule, mais les points chauds individuels sont généralement moins intenses qu'aux pointes les plus acérées des nanostars. Cela permet d'obtenir une forte amplification moyenne sur de grandes surfaces, ce qui est bénéfique pour les mesures d'ensemble et les capteurs à substrat solide.

En fonction de leur taille, les nanostars peuvent être ajustées pour être fortement absorbantes (pour la thérapie photothermique) ou fortement diffusantes (pour l'imagerie), avec un contrôle précis via la morphologie des pointes.

Les nano-oursins présentent généralement une forte extinction avec une composante de diffusion importante sur une large gamme spectrale, utile pour la biodétection colorimétrique et basée sur le décalage LSPR.

Les nanostars sont souvent citées parmi les substrats SERS les plus performants, avec des facteurs d'amplification supérieurs à ceux des sphères, des bâtonnets et de nombreuses autres formes anisotropes en raison de leurs pointes acérées. Les études mettent en avant les nanostars comme « candidats de choix » pour la spectroscopie SERS en raison de leur résonance plasmonique ajustable et de leurs points chauds intenses et localisés à l'extrémité.

Les nano-oursins fournissent également de forts signaux SERS grâce à leurs surfaces extrêmement rugueuses et à multiples pointes, avec des améliorations adaptées à la détection ultrasensible, bien que les valeurs EF rapportées soient généralement un peu plus faibles ou plus hétérogènes que celles des nano-étoiles optimisées. Leur avantage réside dans une couverture dense des points chauds plutôt que dans une intensité maximale sur un seul point.

Des nanomarqueurs SERS à base de Nanostars ont été conçus pour la détection multiplexée de biomolécules (par exemple, ADN, protéines) dans des milieux complexes, avec des limites de détection de l'ordre du picomolaire en utilisant des lasers NIR.

Des structures en or ressemblant à des nano-oursins ont été utilisées comme couches actives SERS dans des puces microfluidiques et des tests à flux latéral, permettant la détection sans marquage d'analytes via l'amplification du signal sur de grandes zones de détection.

La longueur et la densité des pics permettent un réglage précis de la bande plasmonique principale pour correspondre à des longueurs d'onde thérapeutiques spécifiques, maximisant l'absorption de la lumière dans NIR-I et NIR-II pour la PTT. Par exemple, les nanostars « blindées » conçues pour 808 et 1064 nm présentent une extinction forte et stable à ces longueurs d'onde pour la PTT combinée et l'imagerie photoacoustique.

Les nano-oursins peuvent également être réglés dans le NIR-I en contrôlant les conditions de croissance et la rugosité, mais la réponse est plus large et moins pointue, ce qui peut réduire la section efficace d'absorption maximale par rapport à une nano-étoile soigneusement réglée.

Une section efficace d'absorption élevée et un fort confinement du champ au niveau des pointes se traduisent par une conversion photothermique efficace, produisant souvent des augmentations rapides de la température locale sous des densités de puissance NIR modérées. Les études soulignent que les nanostars sont des agents PTT particulièrement efficaces car leur forme maximise la densité électronique locale et la conversion lumière-chaleur dans le NIR.

Les surfaces rugueuses des nano-oursins améliorent également la conversion lumière-chaleur, mais des comparaisons quantitatives suggèrent qu'à volumes et longueurs d'onde équivalents, les nanostars optimisées en pointe peuvent fournir un chauffage localisé plus élevé par particule. Les nano-oursins, cependant, permettent un chauffage plus uniforme sur des ensembles plus grands, ce qui est bénéfique pour les traitements de tissus en vrac ou de surface.

Les nanostars bien conçues avec des coques protectrices (par exemple, silice, polymère ou revêtements « blindés ») présentent une meilleure résistance au remodelage et à la fusion, conservant leur efficacité photothermique sur des cycles d’irradiation répétés.

Les nano-oursins sont également relativement stables, mais un chauffage local élevé au niveau de nombreuses petites pointes peut entraîner un certain lissage à des puissances très élevées ; la morphologie intrinsèquement rugueuse signifie que même les particules partiellement remodelées conservent souvent une activité photothermique et SERS utilisable.

Les fortes réponses LSPR et SERS permettent une détection très sensible des acides nucléiques, des protéines et des petites molécules, souvent dans des tests sandwich ou sous forme de nanomarqueurs SERS codés pour une détection multiplexée. Par exemple, des marqueurs SERS à base de nanostars ont été utilisés pour détecter des biomarqueurs à des niveaux inférieurs au picomolaire dans des fluides biologiques complexes.

Les nano-oursins sont excellents pour la détection sans marquage et colorimétrique, où les changements d'indice de réfraction induits par la liaison ou l'agrégation provoquent des décalages spectraux visibles et une amplification SERS. Leur large bande LSPR les rend adaptés à des lectures simples, à l'œil nu, dans les tests au point de soins et les capteurs sur papier.

Absorption cellulaire et biocompatibilité

Les nanostars synthétisées avec des revêtements biocompatibles (PEG, protéines, silice) présentent une faible cytotoxicité et une bonne absorption cellulaire, permettant l'imagerie SERS intracellulaire et la thérapie photothermique. Les études décrivent leur utilisation dans des plateformes théranostiques combinant imagerie, lecture SERS et PTT dans des modèles de cancer.

Les nano-oursins présentent également une bonne biocompatibilité lorsqu'ils sont correctement enrobés, et leur surface rugueuse peut augmenter l'adsorption des protéines et l'interaction cellulaire, ce qui peut améliorer l'absorption mais nécessite également un contrôle rigoureux pour éviter les liaisons non spécifiques. Elles ont été étudiées pour la biodétection et l'imagerie in vitro, domaines dans lesquels les larges bandes plasmoniques sont avantageuses.

Les nanostars ont été utilisées dans des systèmes PTT avancés, notamment la thermométrie et l'imagerie photoacoustiques en temps réel, où l'absorption NIR précisément réglée et la conversion photothermique élevée permettent une ablation tumorale efficace dans des modèles précliniques. Leurs pointes acérées permettent également de combiner le guidage SERS et la PTT pour une thérapie guidée par l'image.

Les nano-oursins ont également été étudiés pour la PTT et l'imagerie photoacoustique, grâce à leurs surfaces rugueuses et à leur forte extinction ; ils assurent un chauffage et une génération de signal robustes, bien qu'avec un contrôle un peu moins précis sur la position exacte de la résonance. Leur force réside dans un contraste multimodal robuste sur une large gamme spectrale.

- Étiquettes nanostar codées SERS pour la détection multiplexe de contaminants alimentaires et la biodétection, atteignant des limites de détection très basses.  

- Des nanostars « blindées » intégrées à une surveillance photoacoustique en temps réel pour une thérapie photothermique du cancer de précision.

- Capteurs plasmoniques à base de nano-oursins pour la détection de biomolécules via les décalages LSPR et SERS dans des dispositifs microfluidiques ou sur papier.  

- Films de nano-oursins d'or rugueux pour la détection SERS en surface d'analytes environnementaux ou cliniques avec des configurations optiques simples.

Pour les applications nécessitant des résonances NIR étroites et hautement réglables et une imagerie SERS–PTT combinée (par exemple, la théranostique du cancer avec sélection contrôlée de la longueur d'onde), les nanostars sont souvent privilégiées car leur géométrie en pointe est plus facile à concevoir et à optimiser.

Pour les applications axées sur des plateformes de détection robustes et peu coûteuses (par exemple, SERS sur papier, capteurs colorimétriques/LSPR à large bande ) où la rugosité de grande surface et la large réponse optique sont des atouts, les nano-oursins sont fréquemment sélectionnés en raison de leurs protubérances denses et de leurs signaux d'ensemble forts.