Développement et fabrication de nanoparticules personnalisées pour le diagnostic

nanoComposix dispose d'une équipe multidisciplinaire de scientifiques ayant une formation en chimie, physique, ingénierie et sciences de la terre. Nous avons travaillé avec des centaines de clients différents pour développer des nanomatériaux, des composites et des formulations dotées de propriétés optiques, physiques et biofonctionnelles sur mesure.

Notre expertise dans la fabrication et la mise à l'échelle de nanomatériaux destinés à être utilisés dans des produits qui nécessitent des systèmes de qualité conformes à la norme ISO 13485:2016* et aux BPF cGMP nous rendent particulièrement adaptés aux défis des applications de diagnostic.

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Nos services incluent:

  • Synthèse et caractérisation de faisabilité
  • Développement et optimisation de particules personnalisées
  • Mise à l'échelle, développement de processus et validation
  • Fabrication sur mesure conforme aux BPF

Cliquez sur un titre ci-dessous pour en savoir plus sur nos capacités et comment elles s'appliquent aux applications de diagnostic.

nanoComposix possède une expertise approfondie dans la fabrication de nanoparticules métalliques uniformes et stables de taille et de forme contrôlées afin de tirer parti des propriétés plasmoniques et optiques uniques de ces nanomatériaux. En modifiant soigneusement la taille, la forme et la composition des nanoparticules, la réponse optique peut être ajustée depuis l'ultraviolet, en passant par le visible, jusqu'aux régions proches de l'infrarouge du spectre électromagnétique. Ces propriétés optiques font des nanoparticules plasmoniques des sondes rapporteuses idéales pour une grande variété de technologies de diagnostic, notamment les biocapteurs photoniques, la microscopie et l'imagerie, les analyses colorimétriques et les analyses à flux latéral . Pour plus d'informations sur la science derrière ces propriétés optiques, visitez notre site de l'Université nanoComposix .

Images au microscope électronique à transmission (TEM) de nanosphères d'or ultra-uniformes (en haut), de nanosphères d'or à coque de silice (au milieu) et de nanotiges d'or (en bas) fabriquées par nanoComposix.

Publications sélectionnées

  • Che, C. ; Xue, R. ; Li, N. ; Gupta, P. ; Wang, X. ; Zhao, B. ; Singamaneni, S. ; Nie, S. ; Cunningham, BT Biodétection numérique accélérée à l'aide de la microscopie d'absorption par résonateur photonique couplé à des nanoparticules magnéto-plasmoniques. ACS Nano 2022 , 16 (2), 2345-2354. est ce que je.org/10.1021/acsnano.1c08569 .
  • Waitkus, J. ; Chang, Y. ; Liu, L. ; Puttaswamy, SV; Chung, T. ; Molina Vargas, AM; Dollery, SJ; O'Connell, MR ; Cai, H. ; Tobin, GJ ; Bhalla, N. ; Du, K. Résonance plasmonique de surface localisée activée par des nanoparticules d'or sur des structures uniques de nanochampignons d'or pour la détection CRISPR-Cas13a sur puce. Matériaux avancés Inter 2023 , 10 (1), 2201261. doi.org/10.1002/admi.202201261 .

Étiquetage et imagerie colorimétriques

La petite taille et les propriétés optiques uniques des nanoparticules ont trouvé leur utilité dans l'imagerie des caractéristiques à l'échelle nanométrique de substances inorganiques et biologiques, notamment les composants cellulaires, la structure tissulaire et le transport moléculaire. 

Les nanoparticules plasmoniques peuvent être conçues pour avoir des sections efficaces de diffusion très élevées qui permettent de détecter facilement des particules d'un diamètre inférieur à 100 nm avec un microscope à fond noir standard, comme on le voit ci-dessous, où le simple fait de changer la taille des nanosphères d'or décale considérablement la diffusion sélective de longueur d'onde par le particules. L'imagerie multiplexée est réalisée à l'aide de nanoparticules plasmoniques de différentes couleurs, qui peuvent être sélectionnées en ajustant davantage le matériau, la taille et la forme des nanoparticules.

Images au microscope à fond noir montrant la couleur dispersée par des nanosphères d'or de différentes tailles – 60 nm (à gauche) et 100 nm (à droite). Chaque point représente la diffusion d’une seule nanoparticule. La modification de la taille, de la forme et de la composition des nanoparticules permet d'ajuster leurs propriétés optiques pour fournir une réponse aux longueurs d'onde souhaitées.

Les nanoparticules peuvent également être marquées par fluorescence, et cette fluorescence peut être améliorée en utilisant une particule plasmonique qui fonctionne comme une antenne pour augmenter la luminosité. De nombreux autres formats d'imagerie de nanoparticules sont également utilisés, notamment les étiquettes Raman qui fournissent une empreinte digitale unique pour les applications d'imagerie hautement multiplexées, et les nanoparticules magnétiques présentant un contraste élevé pour les analyses IRM. 

Publications sélectionnées

  • Koudrina, A. ; O'Brien, J. ; Garcia, R. ; Boisjoli, S. ; Kan, PTM; Tsai, CE; DeRosa, MC Évaluation des agents de contraste ciblés sur les aptamères pour la surveillance des caillots sanguins en tomodensitométrie et en imagerie par fluoroscopie. Bioconjugué Chem. 2020 , 31 (12), 2737-2749. est ce que je.org/10.1021/acs.bioconjchem.0c00525 .
  • Marangoni, VS; Neumann, O. ; Henderson, L. ; Kaffes, CC; Zhang, H. ; Zhang, R. ; Bishnoï, S. ; Ayala-Orozco, C. ; Zucolotto, V. ; Bankson, JA; Nordlander, P. ; Halas, NJ Améliore le contraste de l'imagerie par résonance magnétique T 1 avec le gadolinium (III) intériorisé dans une nanoparticule multicouche. Proc. Natl. Acad. Sci. États-Unis 2017 , 114 (27), 6960-6965. est ce que je.org/10.1073/pnas.1701944114 .
  • Shin, H. ; Oh, S. ; Kang, D. ; Choi, Y. Quantification et imagerie des protéines par spectroscopie Raman améliorée en surface et analyse de similarité. Av. Sci. 2020 , 7 (11), 1903638. doi.org/10.1002/advs.201903638 .

Biosenseurs photoniques

Les biocapteurs photoniques tirent parti des interactions entre la lumière et les analytes cibles comme mécanisme de détection. Les nanoparticules plasmoniques peuvent améliorer les interactions entre la lumière et l'analyte cible pour améliorer considérablement la sensibilité de la mesure grâce aux effets de résonance plasmonique de surface. Grâce à notre capacité à biofonctionnaliser et à ajuster les propriétés optiques des particules pour qu'elles correspondent à des critères spécifiques de longueur d'onde maximale, d'absorption et de diffusion, nanoComposix est particulièrement adapté à la conception et à la fabrication de rapporteurs de nanoparticules pour les technologies de biocapteurs photoniques.

L'incorporation d'une nanoparticule dans un biocapteur basé sur un test immunologique entraîne une augmentation des interactions avec le signal laser incident par résonance plasmonique de surface.

Diffusion Raman améliorée en surface (SERS)

Images au microscope électronique à transmission (TEM) de nanoétoiles d'or (en haut), de nanocoquilles d'or (au milieu) et de nanocubes d'argent (en bas) réalisés par nanoComposix.

La spectroscopie Raman peut être utilisée pour identifier des molécules par leurs modes vibrationnels uniques. Alors que la diffusion Raman intrinsèque des photons des molécules est faible et nécessite de longs temps de mesure pour obtenir un spectre Raman, la diffusion Raman améliorée en surface (SERS) à partir de molécules proches de la surface des nanoparticules métalliques plasmoniques offre le potentiel d'intensités comparables à celles des étiquettes fluorescentes. Cliquez ici pour en savoir plus sur SERS. Grâce à notre capacité à régler la résonance plasmonique de surface et à fonctionnaliser la surface des nanoparticules, nous pouvons concevoir des particules pour répondre à vos paramètres SERS.

Produits pertinents

Publications sélectionnées

  • Shin, H. ; Oh, S. ; Hong, S. ; Kang, M. ; Kang, D. ; Ji, Y. ; Choi, BH; Kang, KW ; Jeong, H. ; Parc, Y. ; Hong, S. ; Kim, Hong Kong ; Choi, Y. Diagnostic du cancer du poumon à un stade précoce par analyse spectroscopique basée sur l'apprentissage profond des exosomes en circulation. ACS Nano 2020 , 14 (5), 5435-5444. est ce que je.org/10.1021/acsnano.9b09119 .
  • Shin, H. ; Oh, S. ; Kang, D. ; Choi, Y. Quantification et imagerie des protéines par spectroscopie Raman améliorée en surface et analyse de similarité. Av. Sci. 2020 , 7 (11), 1903638. doi.org/10.1002/advs.201903638 .
  • Chio, W.-IK ; Liu, J. ; Jones, T. ; Péroumal, J. ; Dinish, États-Unis ; Parkin, IP; Olivo, M. ; Lee, T.-C. Multiplexage SERS des isomères de médicaments de méthylxanthine via la correspondance de taille hôte-invité et l'apprentissage automatique. J. Mater. Chimique. C 2021 , 9 (37), 12624-12632. est ce que je.org/10.1039/D1TC02004H .

Fluorophores organiques

Les fluorophores organiques sont largement utilisés pour la détection de la fluorescence, et les familles de colorants comportant des groupes fonctionnels pour le marquage des biomolécules sont largement disponibles avec des longueurs d'onde d'émission sur tout le spectre. La possibilité d'incorporer des milliers de fluorophores dans une seule nanoparticule offre la possibilité d'augmenter la sensibilité du test, chaque particule rapporteuse ayant un signal considérablement amélioré par rapport à un seul fluorophore.

nanoComposix a mis au point des méthodes permettant de lier de manière covalente des molécules de colorant à des nanoparticules de silice ou à des coques de silice cultivées autour des particules centrales. Dans certains cas, la présence d'un noyau métallique plasmonique peut grandement améliorer l'intensité et la photostabilité des molécules fluorescentes près de la surface, un effet connu sous le nom de fluorescence améliorée en surface (SEF) ou fluorescence améliorée par le métal.

En plus du marquage fluorescent standard, nanoComposix a déjà conçu des particules pour les applications SEF, qui utilisent un noyau d'argent entouré d'une coque de silice contenant une molécule fluorescente, illustrée ci-dessous. En ajustant les propriétés optiques du noyau métallique et l’emplacement du fluorophore dans la coque de silice, ces nanotags SEF peuvent être conçus pour fournir une fluorescence brillante et stable sur tout le spectre visible et proche infrarouge. De plus, les nanotags SEF sont compatibles avec une fonctionnalisation plus poussée pour des applications de ciblage biologique ou pour permettre la compatibilité avec les solvants.

Nanotags pour la fluorescence améliorée en surface (SEF).

Publications sélectionnées

  • Kim, K. ; Jo, E.-J. ; Hong, D. ; Oh, H.-K. ; Lee, KJ ; Shin, Y.-B.; Kim, M.-G. Plate-forme d'immunodétection en phase solide, composée d'un film photocatalytique Au/TiO 2 d'une épaisseur nanométrique et de conjugués Cy5/Capture Antibody/Gold Nanorod. Application ACS. Nano Mater. 2021 , 4 (5), 5454-5460. est ce que je.org/10.1021/acsanm.1c00672 .
  • Cruz, DF; Fontes, CM; Seméniak, D. ; Huang, J. ; Hucknall, A. ; Chilkoti, A. ; Mikkelsen, MH Lecture de fluorescence ultrabright d'un test immunologique imprimé à jet d'encre utilisant des cavités plasmoniques Nanogap. Nano Lett. 2020 , 20 (6), 4330-4336. est ce que je.org/10.1021/acs.nanolett.0c01051 .

Points quantiques

L'utilisation de fluorophores inorganiques, tels que les points quantiques (nanocristaux semi-conducteurs), offre certains avantages par rapport aux fluorophores organiques traditionnels. Les points quantiques (QD) ont également des longueurs d'onde d'émission accordables, mais ont plus de flexibilité avec la longueur d'onde d'excitation (introduisant un décalage de Stokes effectif plus important) et sont généralement plus brillants et plus robustes que les colorants organiques individuels.

Comme les fluorophores organiques, une augmentation de la sensibilité du test peut être obtenue en utilisant des particules rapporteurs contenant des centaines de points quantiques et nanoComposix a développé des particules composites comme celles présentées ci-dessous, dans lesquelles de nombreux points quantiques sont liés à une particule centrale. L'émission de ces particules peut être ajustée en ajustant les propriétés optiques des points quantiques, est très uniforme et possède une chimie de surface adaptée aux protocoles de marquage biologique typiques. L’un des grands avantages des QD est la possibilité de concevoir des tests fluorescents multiplex très sensibles utilisant une seule longueur d’onde d’excitation.

Images au microscope électronique à transmission (TEM) de nanoparticules d'or recouvertes de silice parsemées de points quantiques fabriquées par nanoComposix.

Les nanoparticules magnétiques ont attiré l'attention pour une utilisation dans des applications biomédicales, telles que l'imagerie par résonance magnétique (IRM), l'imagerie par particules magnétiques (MPI), la PCR plasmonique, les analyses à flux latéral magnétique et l'isolement et/ou la séparation de molécules cibles. nanoComposix a développé plusieurs variantes de nanoparticules magnétiques qui trouvent des applications dans les applications biomédicales et des sciences de la vie. Des exemples de nanoparticules uniformes d'oxyde de fer monocristallin et polycristallin sont présentés ci-dessous.

Images au microscope électronique à transmission (TEM) de nanosphères d'oxyde de fer (en haut), de CNC d'oxyde de fer (au milieu) et de CNC d'oxyde de fer à coque de silice (en bas) fabriquées par nanoComposix.

En plus des nanoparticules d'oxyde de fer, nanoComposix a conçu plusieurs nanoparticules composites pour combiner les propriétés magnétiques des nanoparticules d'oxyde de fer avec des fonctionnalités supplémentaires, telles que les particules composites magnétiques fluorescentes ou magnétiques plasmoniques.

Nanoparticules magnétiques fluorescentes

nanoComposix a fabriqué des particules composites magnéto-fluorescentes, constituées d'un noyau magnétique, d'un espaceur de silice et de points quantiques fluorescents liés de manière covalente à la surface de silice. Les points quantiques sont fonctionnalisés pour permettre un couplage ultérieur de biomolécules ou d'autres molécules.

Structure typique d'une particule magnéto-fluorescente (en haut) et image TEM (en bas).

Des nanoparticules d'oxyde de fer d'un diamètre d'environ 60 nm ont été fabriquées, recouvertes de coques de silice uniformes et liées de manière covalente à des points quantiques pour un diamètre final de particules d'environ 100 nm. Les conditions de réaction peuvent être ajustées pour modifier la taille de l’épaisseur du noyau et de la coque, et des points quantiques présentant des propriétés d’émission différentes peuvent facilement être remplacés pour produire des échantillons avec une fluorescence adaptée.

Les applications des nanoparticules composites magnétiques-fluorescentes comprennent l’imagerie multimodale via l’imagerie par résonance optique et magnétique, la séparation par fluorescence et magnétique activée, ainsi que les analyses à flux latéral hautement sensibles.

Nanocoquilles d'or magnétiques-plasmoniques

Les nanocoquilles d'or sont généralement constituées d'un noyau diélectrique, d'une fine couche de silice et d'une couche externe d'or uniformément fine (figure 1) dotée de propriétés optiques uniques et réglables. Ce matériau peut être utilisé pour des tests de diagnostic médical et des thérapies photothermiques. Fortis Life Sciences a fabriqué des versions magnétiques de ces matériaux en utilisant des noyaux de nanoparticules superparamagnétiques recouverts d'un espaceur en silice suivi d'une coque en or. Les propriétés optiques peuvent être ajustées en ajustant la taille globale des particules ou le diamètre de la coque en or. La surface dorée constitue un substrat utile pour la fonctionnalisation avec des molécules biologiques ou d'autres fonctionnalités de surface personnalisées.

Structure typique d'une nanocoquilles d'or magnétiques (en haut) et une image TEM (en bas) de nanocoquilles d'or magnétiques réalisées par nanoComposix.

Publications sélectionnées

  • Mohammadi, M. ; Antoine, D. ; Vitt, M. ; Dickie, JM; Sultane Jyoti, S. ; Mur, JG ; Johnson, Pennsylvanie ; Wawrousek, KE Un test immunologique SERS rapide et ultrasensible pour détecter le SRAS-CoV-2 dans la salive. Analytica Chimica Acta 2022 , 1229 , 340290. doi.org/10.1016/j.aca.2022.340290 .
  • Huang, P.-J. ; Marques, HL ; Côté, GL; Kameoka, J. Une plate-forme de piégeage magnéto-fluidique de nanoparticules pour la spectroscopie Raman améliorée en surface. Biomicrofluidique 2017 , 11 (3), 034116. doi.org/10.1063/1.4985071 .
  • Mukherjee, A. ; Darlington, T. ; Baldwin, R. ; Holz, C. ; Olson, S. ; Kulkarni, P. ; DeWeese, TL ; Getzenberg, RH ; Ivkov, R. ; Lupold, S.E. Développement et criblage d'une série de nanoparticules d'oxyde de fer conjuguées à des anticorps et recouvertes de silice pour cibler l'antigène membranaire spécifique de la prostate. ChemMedChem 2014, 9 (7), 1356-1360. .

La mise en œuvre de nanoparticules à des fins de diagnostic nécessite la sélection non seulement de la taille, de la forme et du type de métal appropriés de la particule, mais également de la charge de surface et des ligands de ciblage appropriés pour l'application de diagnostic souhaitée. Notre catalogue de nanoparticules d'or et d'argent propose une variété de ligands de coiffage anioniques et cationiques différents. De plus, nous pouvons fabriquer des nanomatériaux avec des groupes fonctionnels spécifiques, des polymères, des biomolécules et des revêtements inorganiques pour atteindre des paramètres de ciblage et de compatibilité. Pour les applications de diagnostic, nous fonctionnalisons généralement les particules avec des fragments de détection supplémentaires, tels que des fluorophores ou des points quantiques, et des biomolécules, telles que des anticorps, des antigènes et des oligonucléotides.

Notre catalogue de produits standard présente différentes surfaces comme plates-formes de départ pour la modification et la biofonctionnalisation de surfaces permettant une bioconjugaison non covalente et covalente. La stratégie non covalente peut impliquer la physisorption directe entre la biomolécule d’intérêt et les particules métalliques par le biais de forces électrostatiques, de liaisons hydrogène et de van der Waals.

Une autre forme de bioconjugaison non covalente est la chimisorption directe. Une petite molécule de liaison peut être présente sur les surfaces des nanoparticules, telles que des thiols, des disulfures, des groupes terminaux carboxy, amino ou maléimide, permettant une interaction entre les particules et les biomolécules. La chimisorption peut offrir une plus grande stabilité et nécessiter une modification chimique de l’anticorps ou des nanoparticules.

Il est important de noter qu’une stratégie non covalente peut entraîner une fixation faible et aléatoire des biomolécules à la surface des nanoparticules et un nombre incontrôlable de biomolécules liées par nanoparticule. Une stratégie alternative est celle des stratégies de couplage par bioconjugaison covalente. Par exemple, cela peut être réalisé grâce au couplage EDC/NHS où la nanoparticule possède un groupe carboxyle à la surface qui peut être activé via EDC/NHS. La biomolécule d’intérêt à terminaison amine est ensuite introduite dans la nanoparticule activée. Les sites n'ayant pas réagi peuvent ensuite être bloqués avec une molécule appropriée.

La chimie de surface modifiée des nanoparticules (via des approches non covalentes ou covalentes) peut être caractérisée à l'aide de tests UV-Vis, DLS, potentiel zêta, FTIR et autres.

Fabrication et installations BPF

Nous sommes experts dans la fabrication et la mise à l'échelle de nanomatériaux destinés à être utilisés dans des produits nécessitant des systèmes qualité conformes à la norme ISO 13485:2016 et aux BPF. Cliquez ici pour en savoir plus sur nos capacités de fabrication BPF et sur la voie vers une fabrication réglementée.

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