WO2014102496A1 - Nano-objets magnetiques recouverts par une enveloppe metallique - Google Patents

Nano-objets magnetiques recouverts par une enveloppe metallique Download PDF

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WO2014102496A1
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nano
metal
magnetic
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layer
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PCT/FR2013/053229
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Aikaterini Soulantika
Sergio LENTIJO MOZO
Maria Teresa HUNGRIA HERNANDEZ
Reasmey TAN
Christophe GATEL
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Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
Université Paul Sabatier Toulouse 3
Institut National Des Sciences Appliquées De Toulouse (Insat)
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    • H01F1/0072—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties showing low dimensional magnetism, i.e. spin rearrangements due to a restriction of dimensions, e.g. showing giant magnetoresistivity one dimensional, i.e. linear or dendritic nanostructures
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    • C22C—ALLOYS
    • C22C2202/00—Physical properties
    • C22C2202/02—Magnetic

Definitions

  • the present invention belongs to the field of nano-objects and more particularly nano-objects having magnetic properties.
  • the invention relates to coated magnetic nano-objects comprising i) a nanoparticulate core comprising a first metal having magnetic properties and ii) an envelope integrally covering said core, comprising an outer layer and a tie layer.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing these nano-objects and the use of such nano-objects.
  • Magnetic nanoparticles are interesting candidates for a large number of applications such as magnetic recording, biomedicine, permanent magnets or catalysis.
  • applications such as magnetic recording, biomedicine, permanent magnets or catalysis.
  • anisotropic character to obtain a preferred orientation by applying an external magnetic field.
  • Many of these applications involve working in an aggressive environment (in aqueous medium and / or oxidant in particular).
  • NPMs currently used are for the most part metal oxides which have the advantage of stability under normal conditions of use. Nevertheless, they have the disadvantage of having a lower magnetization and a lower magnetic anisotropy compared to their metal analogues, which makes them less efficient for a large number of applications.
  • a solution would therefore consist of protecting these metal nano-objects from oxidation.
  • the present invention aims to meet this need by proposing nanoparticles (or nano-objects) having a structure of the "core-shell" type, in which a metal of strong magnetization such as iron, cobalt, nickel and their alloys. , is covered with another material. This implies that the surface of the magnetic core sensitive to an aggressive environment, is completely covered by the material which isolates it.
  • this protective shell to give the NPMs, in addition to their ferromagnetic properties, other functional properties, such as, for example, optical properties allowing the detection of particles, an affinity allowing their coupling with various molecules or simply making them compatible. It would also be advantageous to modulate the magnetic properties of the nanoparticles as a function of the intended applications.
  • noble metals are generally resistant to corrosion and oxidation, and they also have other properties. They are in particular endowed with optical properties in relation to their plasmonic character, due to its presence of free surface electrons which can resonate with the photons of an incident ray. This is also the case with copper which can generate an optical signal even when it is oxidized (KP Ice, EJ Walker, Jr., Stoykovich MP, AE Saunders, J. Phys, Cern. C, 2011, 1 15 (5), pp 1793-1799) - Sensors and faio-sensors use golds and .
  • Epple, Angew, C. Int.Ed. 2012, 10.1002 / anie.201205923 ⁇ and copper are known for their antibacterial and antimicrobial actions, of which many may in addition serve as a catalyst for organic reactions.
  • a combination of magnetic metal and pfasmonic or noble metal thus has several advantages for many applications thanks to the possibility that it would be possible to manipulate, protect, functionalize and image the object (Z. Fan, M, Shelton, A,, Singh "D, Senapati, SA Khan, PC Ray, ACS nano, 2012, 6, 1065-1073)
  • the feasibility of a core-shell object depends on the tendency of the materials to associate to form an extended interface.
  • some materials are little, if any, compatible with each other, which is precisely the case between magnetic metals (Fe, Co, Ni) and plasmonic metals (Au, Ag, Cu).
  • Fe, Co, Ni magnetic metals
  • Au Au, Ag, Cu
  • Lacunar deposition is obtained, often called "decoration", and not a continuous recovery of the magnetic core.
  • the optical signal of the gold which is used for the detection of the orientation of the particles depends on its shape
  • the elongated shape for example nano-sticks, is necessary for several applications where magnetic anisotropy is necessary.
  • the spherical shape is therefore excluded for a number of applications.
  • the present invention therefore aims to provide coated NMPs, regardless of their shape, of a continuous layer of a non-oxidizable noble metal without affecting the magnetization capacity.
  • Another object of the present invention is to provide nanoparticles having a magnetic metal core effectively protected against oxidation by a coating which further has at least one other function.
  • an object of the invention is to provide optically detectable NPMs.
  • the present invention also aims at providing nano-objects on which it is possible to fix other molecules.
  • the present invention also aims at providing nano-objects whose magnetic properties can be modulated by the choice of the surface coating.
  • Another object of the invention is to have NPMs having a catalytic action. It is also desired that the NMPs according to the invention are biocompatible.
  • NPMs that can be used in biomedical applications.
  • NPMs could be detected by the optical properties of the material chosen for the coating. They must be easily functionalizable by molecules capable of recognizing a protein and thereby achieve the detection of certain molecules. They must make the nano-object biocompatible since the ferromagnetic materials are generally toxic. They could finally be used for localized hyperthermia therapy, guided by medical imaging.
  • the inventors have discovered that it is possible to achieve the uniform recovery of a NPM by a noble metal, provided that beforehand deposited on the bare particle a metal, different from the noble metal, compatible with both the magnetic metal of the naked particle and with meta nobia. It has been found in particular that an intermediate layer of metal chosen from groups XII, XIII or XIV could be used, in particular tin, germanium or indium, the latter being placed between a cobalt-type magnetic metal core and a layer outer noble metal selected in groups X or XI, namely gold, silver, copper, or platinum. For the sake of simplicity, these different metals will hereinafter respectively be magnetic metal, intermediate metal and external metal.
  • NP s magnetic metals
  • metal stabilizing ligands are used, which may then interfere with the deposition of the intermediate layer, but the elimination of which will cause the particles to agglomerate, which then lose their specific characteristics.
  • the metal of the intermediate layer must be deposited on a pre-existing nanometric object of a different nature.
  • Methods for synthesizing nanoparticles of such metals from a precursor organometallic complex are known, but it is not certain that these methods are suitable for depositing a thin and uniform layer on a pre-existing support.
  • the same goes for the deposition of the outer layer.
  • the stability of nanoparticulate systems is fragile, and agglomeration phenomena are common when handling nanoparticles.
  • the present invention relates to a coated magnetic nano-object comprising i) a nanoparticulate core comprising a first metal having magnetic properties and ii) an envelope which, integrally covering said core, comprises an outer layer and a tie layer, said outer layer being composed of at least one noble or plasmonic metal chosen from the elements of groups X or XI and different from said first metal, and said linking layer consisting of at least one metal chosen from the elements of groups XII, XIII or XIV.
  • the invention thus targets nanometric objects having a ternary structure, the core being itself a nanoparticle endowed with magnetic properties and being completely covered with two successive layers of metals of a nature different from that of the core, and not magnetic.
  • a first metal is meant a pure metal element or a magnetic alloy of at least two elements or a combination thereof.
  • the core thus confers on the nano-object its magnetic properties, while the outer layer will allow, according to its composition, to confer other properties, for example optical, antioxidant, cataiytic or other, as will be discussed in detail further.
  • the bonding layer ensures the reunion of the heart and the outer layer, which would otherwise be incompatible.
  • nano-object or nanoparticle particles of any shape with one of the dimensions is between 1 nm and 100 nm. If in general, these terms are synonyms that can be used interchangeably in the place of the other, they will be distinguished in the following description as follows:
  • nano-object will refer to objects having the ternary structure as defined above.
  • nanoparticle and the adjective “nanoparticulate” will refer to particles which constitute the heart of the nano-objects of the present invention. They may be composed of a single magnetic metal or an alloy of several chemical elements at least one of which imparts magnetic properties to the nanoparticle.
  • the size of the nano-objects and nanoparticles is determined by all the methods known to those skilled in the art.
  • the transmission electron microscopy (TEM) makes it possible, for example, to characterize the nanoparticles and nano-metal objects and to obtain visual information. directly on the size, shape, dispersion, structure and morphology of these.
  • the nanoparticle constituting the core of the nano-objects according to the invention contains at least one magnetic metal, advantageously strong magnetization. Therefore, preferably, said magnetic core is composed of a metal selected from cobalt, nickel, iron, or an alloy thereof.
  • the magnetic metal core can be obtained according to one of the techniques known to those skilled in the art, for example that developed by the authors, he will choose according to the nature of the metal, the size and shape sought,
  • the outer layer covering all the surface of the narra-object according to the invention consists of a metal providing at least one particular property. It may be an oxidation-resistant metai, or a metal having optical or catalytic or other properties. It is of course not excluded that this metal has many of these properties alone. In particular, it will be possible to choose the metal of this outer layer from noble metals having good piasmonic resonance.
  • the outer layer of the nano-object according to the invention may advantageously consist of a metal selected from gold, platinum, silver, copper, or an alloy thereof.
  • this outer layer is associated with stabilizing molecules that may come from all or only some of the manufacturing steps. Although these molecules do not protect against oxidation, they determine several properties (chemical and physical), including solubility in solvents. Colloidal nanoparticles are never naked. It is this layer of organic molecules that stabilizes them with respect to coalescence.
  • the tie layer comprises a member selected from tin, germanium, indium, zinc, or an alloy thereof. These metals have been found to have an affinity for both the magnetic metal of the core and the metals of the outer layer of the nano-object, so they are able to provide a bond between these metals which have no affinity between them and whose incompatibility is at the origin of a bad recovery of the magnetic heart. The authors were able to determine the operating conditions required to obtain a affinity sufficient to generate the deposition of a continuous layer of a bonding element on the magnetic metal, and then the deposition of a continuous layer of the external metal on the bonding layer.
  • the tie layer and the outer layer are most often layers whose separation is not distinct. The two layers perform interfaces interpenetrated between them and form the envelope completely covering the heart of the nano-object.
  • cobalt is a magnetic metal of strong magnetization
  • the strong magnetic moment allows easy detection at low doses.
  • it is also characterized by a strong magneto-crystalline anisotropy which, coupled with a strong anisotropy of shape (such as in a rod), allows manipulation of the nano-object by an external magnetic field at room temperature. Its use in a magnetic core is ideal for applications that require ferromagnetic nano-objects at room temperature.
  • An outer layer of gold or platinum has the advantage of being able to play several rails: protection against oxidation, plasmonic properties that can be used for the optical detection of the particle, easy functionalisation by molecules capable of recognizing a protein and thereby to perform the detection of certain molecules.
  • the assembly of a cobalt core and a noble metal outer layer can be obtained in the form of corn spherical nanoparticles also oblong, which allows its orientation in a magnetic field.
  • the Co @ Au anisotropic nanoobjects are thus very good candidates in the field of biomedicine, especially since the outer layer renders the nano-objects biocompatible while cobalt is toxic. But cobalt is not compatible (miscible) with for or platinum, copper and silver.
  • nano-objects associating these two metals can be achieved by the interposition of an intermediate layer containing tin, a metal which is compatible with cobalt, but also with the and platinum to form nano-objects of structure Co @ Sn @ Au or Co @ Sn @ Pt.
  • Tin acts as a bonding layer allowing the development of a continuous and complete layer of noble metal around the cobalt.
  • gold forms isolated nanoparticles on the surface of the cobalt leaving a large part of the cobalt surface exposed, and therefore unprotected.
  • the nano-object comprises a magnetic core composed of cobalt, at least one tie layer made of tin, and at least one outer layer made of gold or platinum or a mixture of both.
  • the tin could be associated with a heart of iron or iron-cobalt alloy.
  • Iron, magnetic metal of strong magnetization can be indus alone or alloyed in a magnetic heart, in the form of nano-spheres or nano-cufoes.
  • the nano-object comprises a magnetic core composed of iron or an iron-cobalt alloy, at least one bonding layer consisting of : and at least one outer layer of gold or piatin or a mixture of both.
  • nano-objects can be oriented (magnetically) and identified (optically).
  • nano-objects in the form of nano-rods are particularly sought after, their anisotropic form contributing to the increase of their magnetic anisotropy.
  • the nano-object adopts a geometrically anisotropic shape, preferably in the form of a nano-rod having a length L and a diameter D in a ratio such that LD> 1, of preferably L / D> 3.
  • L and D can be determined by a direct visual method by known techniques, such as transmission electron microscopy (TEM). Those skilled in the art can use these methods and define the L and D values by making the usual approximations because of a certain geometric irregularity inherent in this type of objects.
  • heart-shell nano-sticks are obtained from magnetic nanoparticles having themselves an elongate shape.
  • the magnetic core may be obtained according to one of the techniques known to those skilled in the art, to obtain the desired shape.
  • the length L of the nano-object is compnse between 20 nm and 500 nm, preferably between 40 nm and 100 nm; and its diameter D is between 5 nm and 50 nm, preferably between 5 nm and 20 nm. It has been determined that these values make it possible to optimize the manipulation and the optical detection of nano-objects, especially for biomedical use. We then have nano-objects long and thin as needles, whose orientation is the tracking are improved.
  • the nano-object adopts a geometrically isotropic shape.
  • the isotropy manifests itself in a globally spherical or cubic form.
  • the nano-object is a nano-sphere or a nano-cube obtained from a spherical or cubic base nanoparticle (core).
  • core base nanoparticle
  • the present invention thus applies to all forms of magnetic nanoparticles, whether isotropic or anisotropic.
  • the magnetic core of the nano-object will in all cases be protected from oxidation thanks to a two-layer envelope made of metal, covering its entire surface.
  • said envelope may have an average thickness of between 0.5 nm and 10.0 nm. Such a thickness is sufficient to preserve the magnetic core of the oxidation in the air. In addition, this thickness does not significantly modify the magnetic properties of the nano-object. The variation of the thickness makes it possible to modulate the shape and the intensity of the optical signal.
  • the growth of the metal of the outer layer on the nano-object is epitaxial.
  • the gold atoms, and the cobalt atoms are arranged in an orderly manner and the gold layer is not composed of several crystals deposited without no order.
  • the outer layer of the nano-objects according to the invention confers on them particular properties, it can acquire other properties, in particular by grafting chemical compounds on the surface.
  • the nano-object may further comprise, chemically bonded to its outer layer, a compound chosen from: water soluble molecules, antigens, antibodies, polymers.
  • the nano-object can thus be used against a particular target, especially in vito (for example for the early detection of cancer cells in the blood).
  • nano-objects according to the invention will be to associate them with a compound having an affinity for a particular receptor known to target the destination of the nano-object in an organism for detection and therapy in vivo, in particular by localized hyperthermia, or by the application of a magnetic field (nanoparticles of Fe or FeCo), or by heating obtained by plasmonic excitation of gold.
  • the nano-object may also comprise a marking agent chemically bonded to its outer layer.
  • a marking agent chemically bonded to its outer layer.
  • the nano-objects according to the invention with all the advantages they present could only be realized after having developed the chemical processes suitable for their synthesis.
  • the operating conditions defined by the authors of the present invention allow the deposition of the two (at least) layers constituting the envelope, in a continuous manner.
  • the protocols that have been defined are based on the techniques used for the synthesis of simple nanoparticles, implementing the decomposition of a molecular precursor of the material of the layer which will be deposited on the surface of the core of the nanoparticles (consisting of a other material).
  • the nanoparticles, already formed beforehand, serve as grains for the nucleation of the layer, but are distinguished so that the metal is deposited on the surface of another metal (the heart) forming a continuous layer that does not leave exposed the heart.
  • Another object of the present invention thus relates to a method for preparing a magnetic nano-object coated as described above, comprising i) a nanoparticulate core comprising a first metal having magnetic properties and il) an envelope, the method comprising ies steps of:
  • the quantity of nanoparticles of the first metai is preferably provided in the form of a nanoparticle powder of calibrated size, obtained by decantation of a suspension containing them and drying of the preserved fraction.
  • the envelope of the magnetic core is made by a complete covering consisting of two layers. This continuous deposition of the films constituting the envelope is achieved thanks to the low energy input which is brought during the reaction, which promotes the uniform deposition of the two layers of the envelope on the nanoparticles while preventing the nucleation reactions and particle aggregation in the solution.
  • the reactions take place in a suitable solvent which favors suspending the particles, for example in toluene.
  • step a) in step a),
  • a solution of at least one precursor compound of said bonding metal, a compound dispersing its nanoparticles of said first metal, and an amount of nanoparticles of said first metal, are introduced into a reactor,
  • this reaction mixture is allowed to react with stirring at ambient temperature and atmospheric pressure, until a suspension of intermediate nano-objects covered with a Siaison layer is formed.
  • this reaction mixture is subjected to a rapid ultrasonic treatment, so as to disperse the nano-objects that tend to agglomerate because they are magnetic.
  • said nanoparticles magnets comprise a metal selected from cobalt, nickel, iron, or an alloy thereof.
  • said precursor compound of the binding metal is an ion of said metal or a salt of said metal or an organometallic complex of said metal or a coordination complex of said metal or a metal alloy of said magnetic metal with the metal of bond or an oxide of said metal.
  • said bound metal precursor is selected from a tin complex, an indium complex, a germanium complex, a zinc complex.
  • an amido-co plex of said metal may be used.
  • tin it may be bis (dimethylamid) tin (II) (of formula [3 ⁇ ⁇ 2 ) 2 ] 2 or other complexes such as:
  • Sn (II) Sn ⁇ N, N'-diisopropylacetamidinato ⁇ 2 Sn (acetate) 2 , Sn (acetylacetonate) 2 ;
  • Sn (1 V) Sn (allyl) 2 (C 4 Hg) 2, Sn ((CgH 5 ) 3 acetate, Sn (cyclohexyl)), Sn (butyl) 2 (acetal) 2 or Sn (butyl) ) 2 (acetylacetonate) 2 .
  • step b) After the deposition of the bonding layer, the outer layer is deposited.
  • step b) Advantageously according to the invention, in step b),
  • step a) the suspension of intermediate nano-objects obtained in step a), a compound dispersing said intermediate nano-objects, and a solution of at least one precursor compound of said external metal are introduced into a reactor, and this reaction mixture is subjected to fast ultrasound treatment,
  • This reaction mixture is placed under a pressure of a reducing gas between 10 s Pa and 10.10 Pa s (between 1 bar and 10 bar), at a temperature between ambient and 150 ⁇ ⁇ , and allowed to react until a suspension of nano-objects entirely covered with an outer layer is formed.
  • a repetition of step b leads to a thickening of the outer layer as will be explained later.
  • Fast ultrasound treatment is performed to disperse nano-objects that tend to agglomerate because they are magnetic.
  • rapid ultrasound treatment is meant a treatment of a few seconds (less than 1 minute).
  • step b At too high external metal concentrations we will obtain deposits of large metal nanoparticles that will form on the nano-objects, hence the importance of a repetition of step b to increase the thickness and obtain a homogeneous layer.
  • Said precursor compound of the external metal may be an organometallic complex of said metal or a coordination complex of said metal or an ion of said metal or a salt of said metal; an oxide of said metal.
  • the precursor compound of the outer metal is selected from a gold complex, a copper complex, a platinum complex, a silver complex.
  • AuCIPPh 3 or chloro- (triphenylphosphine)
  • platinum PtMe 2 COD platinum dimethyl (1,5-cyclooctadiene
  • Au (1): AuCl (PF3 ⁇ 4), (R alkyl, aryl), AuR 3 PR 3 (eg AuCH 3 PPh 3 ) AuCl (tetahydrothiophene);
  • Pt (0) Pt (1> 5-cyciooctadiange) 2i Pt (norbornene) 3 Pt 2 ⁇ dibenziiydeneacétone ⁇ 3 Pt 2 ⁇ dfbenzilydurbanacétûne);
  • steps b) and c) are repeated at least once. It is thus possible to grow the outer layer. In this way, it is possible to modulate the magnetic interactions between the nano-objects and to improve the optical signal.
  • the composition of the magnetic nano-sticks described above can be selected and adjusted to suit a variety of applications.
  • Their biocompatibility and resistance to air oxidation solves a general problem for the development and use of ferromagnetic nano-objects with high magnetization in devices. Many applications in the field of biomedicine are possible.
  • These objects have an adjustable shape and aspect ratio. Thanks to their metallic heart, they have a strong magnetization. Thanks to their anisotropic form, they exhibit a stronger magnetic anisotropy than their isotropic analogs.
  • Their magnetic properties can be modulated according to the nature of the outer layer and its thickness. More particularly, the invention relates to the use of a magnetic nano-object coated as a probe for the detection of biological species in vivo or in vitro.
  • a nano-stick object of Co @ Sn @ Au is preferably chosen for this type of application.
  • the rod-shaped nano-objects have the advantage of being oriented in an external magnetic field and therefore constitute ideal anisotropic magnetic particles as they can be used to visualize possible interactions of magnetic nano-objects with a iigand through their optical signal (plasmonic).
  • the nano-object can act as a tracer that will selectively target a small constituent.
  • the magnetic nano-object coated according to the invention can be used as a probe for the detection of cancerous cells in body fluids, after transfer into water and bio-functionalization.
  • Nano-sticks capable of recognizing the cancer cells and then selectively destroying them can be used for this purpose. It is preferable to choose a magnetic nano-stick having a cobalt core coated with a first tin layer and an outer layer of gold as a biocompatible probe in combination with an external magnetic field, it can be functionalized by the acid folate (vitamin B9) whose molecules are able to recognize and create covalent bonds with cancer cells. After the nano-sticks have entered the cell, electrical agitation is induced by electromagnetic radiation to cause the pbotothermal destruction of the host cell.
  • a magnetic nano-object coated is used as support element for magnetic recording
  • These objects are ferromagnetic at room temperature which can exhibit both strong magnetization and strong anisotropy which allows the magnetic storage of information.
  • the nano-objects of the present invention can be used as catalysts with a large active surface compared to their low content of active metal which is only on the surface.
  • This system offers the advantage of using less catalyst since it is deposited only at the surface. Thanks to its magnetic core, it can also be easily separated from the reaction medium with the aid of a magnet for a subsequent catalytic cycle. Significantly reduced investment and loss of expensive catalytic material are avoided (i) J. Park and J. Cheon, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 5743-5746, ii) W. Lee et al., J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16090-18097). In addition, an interaction between the constituents of the nano-object can improve performance over monometallic catalysts (R.G. Chaudhuri, S. Paria, Chem Rev., 2012, 12, 2373-2433.)
  • FIG. 1 is a high-resolution electron microscopic view (HREM) of a Co @ Sn @ Au nano-rod according to the invention (FIG. 1 a), and a conventional transmission electron microscope (TEM) view of NBs well dispersed in solution ( Figure 1b).
  • HREM high-resolution electron microscopic view
  • TEM transmission electron microscope
  • FIG. 2 is a TEM shot of Co @ Sn @ Au nano-sticks prepared according to a second protocol according to the invention.
  • FIG. 3 is a TEM shot of nano-cobalt rods, on which are deposited gold particles, not in accordance with the invention without intermediate layer.
  • FIG. 4 is a TEM shot of Co @ Sn @ Pt nano-rods prepared according to the invention.
  • FIG. 5 is a graph of results obtained by SQUID measurements of the magnetic properties of Co @ Sn @ Au nano-rods according to the invention after three weeks of exposure to air.
  • FIG. 6 shows the location of the elements in a Co @ Sn @ Au nano-rod cross section (white trace on the NB of the TEM plate) by EDX spectra.
  • FIG. 7 is a graph of results obtained by SQUID measurements of the magnetic properties of Co @ Sn @ Pt nano-rods according to the invention after 2 days of exposure to air.
  • FIG. 8 is a graph of results obtained by SQUID measurements of the magnetic properties of Co @ Sn @ PtAu nano-rods according to the invention after 8 days of exposure to air,
  • FIG. 9 is a high resolution electron microscopic view (HREM) of a Co @ Sn® Ni nano-stick according to the invention (FIG. 9a), and a conventional transmission electron microscope (TEM) view of NBs. well dispersed in solution ( Figure 9b).
  • HREM high resolution electron microscopic view
  • TEM transmission electron microscope
  • FIG. 10 is a high resolution electron microscopic view (HRE! ⁇ of a Co @ Sn @ NiAu nano-stick according to the invention (FIG. 10a), and a conventional transmission electron microscope (TEM) view of the well-dispersed NBs in solution (FIG. 10b),
  • HRE! ⁇ of a Co @ Sn @ NiAu nano-stick according to the invention FIG. 10a
  • TEM transmission electron microscope
  • the present example relates to coated magnetic nanoparticles comprising a core having a cobalt ire and a covering covering integrally said core, comprising an outer layer of gold and a tie layer enait, obtained as described below.
  • the nano-sticks are dispersed in an organic solvent and simply mixed with a tin complex.
  • Tin interacts with the surface of nano-sticks of cobalt.
  • a gold complex AuCIPPh 3
  • the gold complex is reduced on the surface of the nano-rods in the presence of 3 bar of hydrogen (H 2 ) at room temperature.
  • H 2 3 bar of hydrogen
  • Cobalt nano-rods (85% Co, 20 mg, 0.288 mmol) are suspended in 10 ml of toluene.
  • the cobalt nano-sticks were prepared according to the protocol described in "Synthesis and Magnetic Properties of Co nanorod Superlattices", Wetz, K. Souiantica, M. Respaud, A. Falqui, B. C audre, Material Science and Engineering. , 2007. 27, 1162-1186, The nano-sticks are washed with toluene by releasing them from their excess of organic ligands and small cobalt nanoparticles which are formed at the same time as the nano-sticks,
  • the black mixture obtained is placed under mechanical stirring for 12 hours at room temperature and protected from light, to allow tin to interact with the surface of the nano-sticks of cobalt.
  • step 1 The mixture obtained at the end of step 1 is transferred to a Fischer-Porter bottle.
  • the black reaction mixture obtained is dispersed for 1 min in an ultrasonic bath, after which it is placed under pressure of 3 bar (3.10 s Pa) of dihydrogen, and heated for 24 hours at 45 ° C. by an oil bath, without agitation,
  • Step 2 is repeated once.
  • the yellow supernatant is removed and the magnetic material is recovered using a permanent magnet.
  • the black solid is washed with toluene (2x3 ml) and then dried at room temperature to obtain a black solid.
  • Nano-sticks were exposed for 3 weeks in the air.
  • the SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) measurements show that the magnetic properties remain the same before and after exposure to air for 3 weeks.
  • the resistance of these nano-sticks to oxidation a is evident by a) the stability of its saturation magnetization (Ms) before and after exposure to air and b) the symmetry of the curves. at 30OK after a "field cooling" cycle which shows the absence of ferro / antiferro exchange before and after exposure to air,
  • the good coverage of nano-sticks is corroborated by the fact that their magnetic properties are not diminished.
  • the black solid phase is washed in toluene (3 mL) and redispersed in 10 mL of toluene for use in the next reaction.
  • stage 1 The mixture obtained at the end of stage 1 (0.147 mmol of Co, 10 ml of toluene) is transferred into a Fischer-Porter bottle. Then, a solution of hexadecylamine (35 mg, 0.147 mmol, 5 mL of toluene) and finally a solution of the gold complex (CiAuPPh 3 ) (7 mg, 0.014 mmol, 10 mL of toluene) are added first. ).
  • the black reaction mixture obtained is dispersed for 1 min in an ultrasonic bath, whereupon i! is placed under pressure of 3 bar (3.1 G 5 Pa) of dihydrogen, and heated for 24h at 45 ° C by oil bath, without stirring.
  • Step 2 is repeated once.
  • the yellow supernatant is removed and the magnetic material is recovered with the aid of a permanent magnet.
  • the black solid is washed with toluene (2x3 mL) and then dried at room temperature to obtain a black solid.
  • the nano-rods obtained having in cross section a diameter of about 6 nm and a length of 30 nm. These are Co @ Sn @ Au nano-sticks, as shown in Figure 2.
  • Co / Sn / Pt coated magnetic nano-sticks are prepared in two stages.
  • Step 1
  • a dispersion of nano-sticks of cobalt (94% Co, 10 mg, 10.16 mmol, 5 mL of toluene) is added to a solution of ethanol complex [Sn (e 2 ) 2] 2 (33 mg, 0, 16 ml tin, in 5 ml toluene).
  • the resulting black mixture is mechanically stirred for 12 hours at room temperature and protected from light.
  • the yellow supernatant is removed and the magnetic material is recovered using a permanent magnet.
  • the black solid is washed with toluene (3 mL) and redispersed in 10 mL of toluene for use in the next reaction.
  • Step 2 is repeated once. c) Coating with a third platinum deposit
  • Step 2 is repeated once.
  • the hydrogen is removed and replaced by argon in the glove box.
  • the light gray supernatant is removed and the magnetic material is recovered using a permanent magnet.
  • the black solid is washed with toluene (2x3 mL) and dried at room temperature to obtain a black solid.
  • Nano-sticks were exposed for 2 days in the air.
  • the SQUID measurements show that the magnetic properties remain the same before and after exposure to air for 2 days.
  • the resistance of these nano-rods to oxidation is evident by a) the stability of its saturation magnetization (s) before and after exposure to air eb) the symmetry of the curves to 300 after a "field cooiing" cycle "cooling under field” which shows the absence of ferro / antiferro exchange before and after exposure to air.
  • Nano-sticks are prepared in three stages from cobalt nano-sticks by introducing a tin bonding layer between the cobalt core and the outer layer of platinum / gold.
  • Step 1 Introduction of the tin tie layer
  • a suspension of nano-sticks of cobalt (10 mg, 93% Co 0.16 mmol cobalt) in 5 mL of toluene is added to a solution of hexadecylamine (HDA) (19 mg, 0.08 mmol) in 3 ml toluene mixed and stirred for 3 minutes with a solution of tin complex [Sn (NMe 2 ) 2] 2 (33 mg, 0.16 mmol tin) in 2 mL of toluene.
  • the mixture is stirred by mechanical stirring for 12 hours in the dark and at room temperature.
  • the yellow supernatant is removed and the solid magnetic material is recovered using a permanent magnet and washed with 3 mL of toluene and re-dispersed in 0 mL of toluene for use in the next reaction.
  • the intermediate nano-stick solution obtained previously (0.16 mmol of cobalt) in 10 ml of toluene is transferred to a Fischer-Porter bottle.
  • a solution of HDA (118 mg, 0.48 mmol) in 5 ml of toluene and a platinum complex solution PtMe 2 COD (DOC cyclooctadiene) (10 mg, 0.03 mmol platinum) in 5 mL of toluene.
  • the mixture is dispersed using an ultrasonic bath. Subsequently i! is pressurized with 1 bar of hydrogen and stirred by mechanical stirring for 14 h at room temperature.
  • Step 2a) is repeated twice to grow the platinum layer.
  • the solid magnetic material is then recovered using a permanent magnet and then washed twice with 3 mL of toluene.
  • H is redispersed in 10 mL of toluene for the next step.
  • the intermediate nano-stick solution obtained in step 2 (0 : 16mmol of cobalt) in 10 mL of toluene is transferred to a Fischer-Porter bottle.
  • a solution of HDA 39 mg, 0.16 mmol
  • a solution of complex d ! gold CluPPh 3 18 mg, 0.03 mmol gold
  • the mixture is dispersed using an ultrasonic bath. Thereafter ' ⁇ is pressurized with 3 bar of hydrogen and heated for 24 h at 45 ° C.
  • Step 3a) is repeated in order to grow the gold layer.
  • the solid magnetic material is then recovered using a permanent magnet and then washed twice with 3 mL of toluene,
  • the nano-sticks obtained were exposed for 8 days in the air.
  • the SQUID measurements show that the magnetic properties remain the same before and after exposure to air for 8 days.
  • the resistance of these nano-rods to oxidation is explained by two phenomena:
  • Co @ Ns nano-sticks are synthesized in two stages from cobalt nano-sticks by introducing a tin bonding layer between the cobalt core and an outer layer of nickel.
  • Step 1 Introduction of the tin tie layer
  • a suspension of nano-sticks of cobalt (63% Co, 17 mg, 0.18 mmol of cobalt) in 5 mL of toluene is added to a solution of hexadecylamine (HD) (22 mg, 0.09 mmol) in 3mi of toluene mixed and stirred for 3 minutes with a solution of tin complex [Sn (NMe 2 ) 2] 2 (38 mg, 0.18 mmol tin) in 2 mL of toluene.
  • the mixture is stirred by mechanical stirring for 12 hours in the dark and at room temperature.
  • step 1 Formation of the layer
  • the intermediate nano-stick solution obtained in step 1 (0.18 mmol cobalt, 10 mL toluene) is transferred to a Fischer-Porter bottle and added to a solution of HDA (10 mg, 0.036 mmol) in 5 ml. mL of toluene and a nickel Ni (COD) 2 complex solution (CDD - cyclooctadiene) (10 mg, 0.036 mmol nickel) in 5 mL of toluene.
  • the mixture is dispersed using an ultrasonic bath. Thereafter, it is pressurized with 3 bar of hydrogen and heated for 8 h at 70 C. was
  • Step 2a) is repeated in order to grow the nickel layer.
  • the solid magnetic material is then recovered using a permanent magnet and then washed twice with 3 mL of toluene.
  • the nano-rods obtained generally cylindrical, have a length t 59 nm, and a diameter D ⁇ 7 nm.
  • Co n NiAu nano-sticks (core-shell) are synthesized from cobalt nano-sticks in three stages by introducing a tin bonding layer between the cobalt core and the outer layer of nickel and gold.
  • Step 1 Introduction of the tin tie layer
  • the intermediate nano-stick solution obtained in the preceding step (Smmoi cobalt) in 10 ml of toluene is transferred into a Fischer-Porter bottle and added to a solution of HDA (10 mg, 0.038 mmol) in 5 ml. of toluene and a nickel complex solution Ni (COD) 2 (COD - cyclooctadiene) (10 mg, 0.036 mmol nickel) in 5 mL of toluene.
  • the mixture is dispersed using an ultrasonic bath. Subsequently, it is pressurized with 3 bar of hydrogen and heated for 8 hours at 70 ° C.
  • Step 2a) is repeated in order to grow the nickel layer.
  • the solid magnetic material is then recovered using a permanent magnet and then washed twice with 3 mL of toluene, it is redispersed in 10 mL of toluene for the next step.
  • Step 3 Formation of the gold layer
  • the solution obtained in the preceding step (0.18 mmol of cobalt) in 10 ml of toluene is transferred into a Fischer-Porter bottle.
  • a solution of HDA (218 mg, 0.9 mmol) in 5 mL of toluene and a solution of CIApPh 3 gold complex (35 mg, 0.07 mmol of gold) in 10 mL of toluene is added.
  • the mixture is dispersed using an ultrasonic bath and heated for 8 h at 90 ° C.
  • the black mixture is cooled to room temperature and the dihydrogen is replaced by argon.
  • the supernatant is removed and the solid magnetic material is recovered with a permanent magnet and then washed with 2x3 mL of toluene.
  • Step 1 Introduction of the tin tie layer
  • a suspension of nano-sticks of cobalt (88% cobalt, 4 mg, 0.048 mmol) in 2 mL of tofuene is added to a solution of hexadecylamine (HDA) (4.9 mg, 0.02 mmol) in 1 ml toluene mixed and stirred for 3 minutes with a solution of tin complex [Sn (Nfv1e 2 ⁇ 2] 2 (8.6 mg, 0.042 mmole tin) in 1 mL of toluene.
  • the mixture is stirred by mechanical agitation for 12 hours in the dark and at room temperature for use in the next step.
  • Step 2 Formation of the copper layer
  • the black mixture is cooled to room temperature.
  • the yellow supernatant is removed and the solid magnetic material is recovered with a permanent magnet and then washed with 5 ml of toluene.
  • the black mixture is cooled to room temperature and the dihydrogen is replaced by argon, the yellow supernatant is removed and the solid magnetic material is recovered using a permanent magnet and then washed with 5 mL toluene. The solid is then redispersed in 4 mL of toluene using an ultrasonic bath for use in step 3. b) growth of the copper layer
  • Step 2a) is repeated to grow the copper layer.
  • the solid magnetic material is then recovered using a permanent magnet and then washed twice with 5 mL of toluene.

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Abstract

L'invention a pour objet un nano-objet magnétique recouvert comprenant i) un cœur nanoparticulaire comprenant un premier métal possédant des propriétés magnétiques et ii) une enveloppe, recouvrant intégralement ledit cœur et comprenant une couche externe et une couche de liaison, ladite couche externe étant constituée d'au moins un métal noble ou plasmonique choisi parmi les éléments des groupes X ou XI et différent dudit premier métal, et ladite couche de liaison étant constituée d'au moins un métal choisi parmi les éléments des groupes XII, XIII ou XIV. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel nano-objet et ses utilisations. Le cœur confère ainsi au nano-objet ses propriétés magnétiques, tandis que la couche externe va permettre, selon sa composition, de lui conférer d'autres propriétés notamment optiques ou anti-oxydantes.

Description

La présente invention appartient au domaine des nano-objets et plus particulièrement des nano-objets ayant des propriétés magnétiques.
L'invention concerne des nano-objets magnétiques recouverts comprenant i) un cœur nanoparticulaire comprenant un premier métal possédant des propriétés magnétiques et ii) une enveloppe recouvrant intégralement ledit cœur, comprenant une couche externe et une couche de liaison. La présente invention concerne également un procédé de fabrication de ces nano-objets et l'utilisation de tels nano-objets.
Les travaux menant à la présente Invention ont bénéficié d'un soutien financier du septième programme-cadre de la Communauté européenne (7ème PC/2007-2013) en vertu de la convention de subvention n°248479.
Les nanoparticules magnétiques (NP s) sont des candidats intéressants pour un grand nombre d'applications tels que l'enregistrement magnétique, la biomédecine, les aimants permanents ou la catalyse. En particulier, on peut mettre à profit leur caractère anisotrope pour obtenir une orientation privilégiée par application d'un champ magnétique externe. Nombre de ces applications cependant, impliquent de travailler dans un environnement agressif (en milieu aqueux et/ou oxydant notamment).
Or, tes produits de forme anisotrope connus qui répondent au cahier des charges du point de vue des propriétés magnétiques, sont sensibles à l'oxydation, ce qui rend leur application industrielle pratiquement impossible. A contrario, les produits protégés de ou insensibles à l'oxygène sont de forme sphérique. Cette forme ne permet pas d'observer l'orientation des particules dans un champ magnétique externe, nécessaire dans certaines des applications visées.
De ce fait, les NPMs utilisées actuellement sont dans leur grande majorité des oxydes métalliques qui présentent l'avantage d'une stabilité dans les conditions normales d'utilisation. Néanmoins, elles présentent l'inconvénient d'avoir une plus faible aimantation et une plus faible anisotropie magnétique par rapport à leurs analogues métalliques, ce qui les rend moins performantes pour un grand nombre d'applications. Une solution consisterait donc à protéger ces nano-objets métalliques de l'oxydation.
La présente invention vise à répondre à ce besoin en proposant des nanoparticules (ou nano-objeîs) ayant une structure du type "cœur-coquille", dans laquelle un métal de forte aimantation tels que le fer, le cobalt, le nickel et leurs alliages, est recouvert d'un autre matériau. Cela implique que la surface du cœur magnétique sensible à un environnement agressif, soit totalement recouvert par le matériau qui l'en isole.
0 serait intéressant en outre, de mettre à profit la présence de cette coquille de protection pour conférer aux NPMs, en plus de leurs propriétés ferromagnétiques, d'autres propriétés fonctionnelles, telles que par exemple des propriétés optiques permettant la détection des particules, une affinité chimique autorisant leur couplage avec diverses molécules ou simplement les rendant bîocompatibles. il serait avantageux également de moduler les propriétés magnétiques des nanoparticules en fonction des applications visées.
Le dépôt d'une couche externe faite à partir d'un métal noble pourrait répondre à cette double exigence de protection et de fonctionnalisation. En effet les métaux nobles résistent généralement bien à la corrosion et à l'oxydation, et ils présentent également d'autres propriétés. Ils sont en particulier dotés de propriétés optiques en relation avec de leur caractère plasmonique, dû à Sa présence d'électrons libres de surface qui peuvent entrer en résonance avec les photons d'un rayon incident. C'est aussi le cas du cuivre qui peut générer un signal optique même lorsqu'il est oxydé {K. P. ice , E. J. Walker , Jr., M. P. Stoykovich , A. E. Saunders, J. Phys, C ern. C, 2011 , 1 15 (5), pp 1793-1799)- Des capteurs et faio-senseurs utilisent d'ors et. déjà le phénomène de résonance de plasmon de surface dans le domaine de la détection chimique et biologique (Y. Engel, J, D. Schiffman, J. M. Goddard, V. M. Rotello, Materials Today 2012, 15, 478-485), On sait par ailleurs que l'or (J. S. Kang, T, A. Taton, Langmuir 2012, 28s 16751-80) le platine K. Kang, I, S. Choi, Y. Nam Biomaterials, 2011 , 32, 8374} et l'argent (J. K, F. Wong, S. P. Yip, T. M. H. Lee Nano Res. 2012, 5, 585-594) peuvent être couplés avec des rnolécuies hydrosolubies, et de là, servir à l'accrochage de molécules d'intérêt (antigènes de détection d'anticorps, protéines,...). L'argent (S. Chernousova, M. Epple, Angew. C e . Int. Ed. 2012, 10.1002/anie.201205923} et le cuivre (J,P. Ruparelia, A. K. Chaterjee, S. P. Duttagupta, S. Mukherp, Acta Biomaterialia, 2008, 4, 707.) sont connus pour leurs actions antibactériennes et antimicrobiennes. Parmi ces métaux, nombreux sont ceux qui peuvent en outre servir de catalyseur à des réactions organiques.
Une combinaison métal magnétique et métal pfasmonique ou noble présente ainsi plusieurs avantages pour de nombreuses applications grâce à la possibilité qui serait offerte de manipuler, protéger, fonctionnaliser et d'imager l'objet (Z. Fan, M, Shelton, A, , Singh» D, Senapati, S. A. Khan, P. C. Ray, ACS nano 2012, 6, 1065-73),
De manière générale, la faisabilité d'un objet cœur-coquille dépend de la tendance des matériaux à s'associer pour former une interface étendue. Or, certaine matériaux sont peu, voire pas du tout, compatibles entre eux, ce qui est le cas justement entre les métaux magnétiques (Fe, Co, Ni) et les métaux plasmoniques (Au, Âg, Cu). Par exemple, lorsqu'on cherche à former une couche d'or sur la surface d'une particule de cobalt, du fait de leur immïscibilité. les deux éléments ont tendance à minimiser leur interface. On obtient un dépôt lacunaire, souvent appelé "décoration", et non un recouvrement continu du cœur magnétique.
Certes, Il existe des nanoparticules de structure cœur-coquille en cobalt et or, qui trouvent leur emploi pour diverses applications. Cependant ces particules sont exclusivement sphériques. Dans ce cas en effet, l'interface entre le cobalt et l'or étant limitée, l'énergie d'interface est assez basse pour que le système se stabilise. Pour des particules de formes anisotropes comme des nano-bâtonnets, et à cause de leur surface plus importante, l'Interface entre le cobalt et l'or est beaucoup plus étendue et augmente l'énergie totale du système qui devient instable. Les essais initiaux menés par notre équipe pour faire croître une couche continue d'or autour des nano-bâtonnets de cobalt ont confirmé cet état de fait : une décoration des nano-bâtonnets avec des nanoparticules d'or a été obtenue. Cette décoration laisse une grande partie du cobalt exposée, ce qui est incompatible avec la plupart des applications où une oxydation par l'air est nuisible.
En outre, une anisotropie géométrique des particules cœur-coquille est nécessaire pour certaines applications envisagées :
a) Pour créer une anisotropie optique avantageuse. En effet, le signal optique de l'or qui sert pour la détection de l'orientation des particules dépend de sa forme,
b) La forme allongée, par exemple en nano-bâtonnets, est nécessaire pour piusieurs applications où une anisotropie magnétique est nécessaire. La forme sphérique est donc exclue pour nombre d'applications.
Jusqu'à ce jour, \\ n'a pas été possible de réaliser des narra-objets magnétiques métalliques de forme anisotrope intégralement recouverts par un métal noble. La présente invention vise donc à proposer des NMPs recouvertes, indépendamment de leur forme, d'une couche continue d'un métal noble non oxydable, sans que cela nuise à la capacité d'aimantation.
Un autre objectif de la présente invention est d'offrir des nanoparticules possédant un cœur en métal magnétique efficacement protégé contre l'oxydation par un revêtement qui possède en outre au moins une autre fonction. En particulier, un but de l'invention est de proposer des NPMs optiquement détectables. La présente invention vise également à proposer des nano-objets sur lesquels il est possible de fixer d'autres molécules. La présente vise aussi â proposer des nano-objets dont les propriétés magnétiques peuvent être modulées par le choix du revêtement de surface. Un autre but de l'invention est de disposer de NPMs ayant une action catalytique. H est également recherché que les NMPs selon l'invention soient biocompatibles.
En particulier, on souhaite obtenir des NPMs utilisables dans les applications biomédicales. Les NPMs pourraient être détectées grâce aux propriétés optiques du matériau choisi pour le revêtement. Elles doivent être facilement fonctionnalisables par des molécules susceptibles de reconnaître une protéine et par là même réaliser la détection de certaines molécules. Elles doivent permettre de rendre le nano-objet biocompatible puisque les matériaux ferromagnétiques sont généralement toxiques. Elles pourraient enfin servir pour la thérapie par hyperthermie localisée, guidée par l'imagerie médicale.
On comprend donc l'intérêt majeur que représentent ces structures pour la recherche médicale notamment. Cet intérêt est vif au point que des calculs de modélisation ont vu le jour, prévoyant la structure idéale de nano-bâtonnets en cobalt recouverts d'or pour une application au domaine des biocapteurs. Cependant, en pratique, elles n'ont jamais été obtenues et aucun procédé connu à ce jour n"a permis de les fabriquer (i) S. Schrittwieser, F. Ludwig, J. Dieckhoff, K. Souiantica, G. Viau, L-M. Lacroix, S. Lentijo- ozo, R. B. J.Maynadie, Â.Huetfen, H. Brueckl, J.Schotter, ÂCS Nano , 1012, 6, 791 ; ;i) WO/2QQ8/124853). Les inventeurs ont découvert qu'il était possible de réaliser le recouvrement uniforme d'une NPM par un métal noble, à condition de déposer au préalable sur ia particule nue un métal, différent du métal noble, compatible à la fois avec le métal magnétique de la particule nue et avec le métai nobie. H est apparu en particulier que pouvait être utiiisée une couche intermédiaire en métal choisi dans les groupes XII, XIII ou XIV, notamment en étain, germanium ou indium, celle-ci étant placée entre un cœur en métal magnétique de type cobalt, et une couche externe en métal noble choisi dans les groupes X ou XI, à savoir or, argent, cuivre, ou platine. Par soucis de simplicité, ces différents métaux seront désignés ci-après respectivement métal magnétique, métal intermédiaire et métal externe.
Pour ce faire, un certain nombre d'obstacles ont dû être surmontés. Tout d'abord, si l'obtention de nanoparticules de métaux magnétiques (NP s) est connue de l'homme de l'art, encore faut-il que l'état de surface de ces particules nues soit adéquat pour une réaction ultérieure avec le métal intermédiaire choisi, qui aboutisse à un recouvrement uniforme. Or, lors de ia synthàse de NPMs, on a recours à des ligands stabilisant ie métal, qui risquent de gêner ensuite ie dépôt de la couche intermédiaire, mais dont l'élimination va provoquer l'agglomération les particules, qui perdent alors leurs caractéristiques spécifiques.
En second lieu, selon l'invention, le métal de ia couche intermédiaire doit être déposé sur un objet nanométrique préexistant et de nature différente. On connaît des méthodes de synthèse de nanoparticules de tels métaux à partir d'un complexe organométallique précurseur, mais il n'est pas assuré que ces méthodes soient adaptées au dépôt d'une couche mince et uniforme sur un support préexistant. Il en va de même en ce qui concerne le dépôt de la couche externe. En effet, la stabilité des systèmes nanoparticulaires est fragile, et les phénomènes d'agglomération sont fréquents lorsqu'on manipule des nanoparticules. Dans le cas présent, il est nécessaire, d'une part que les nanoparticules ne s'agglomèrent pas entre elles aux différents stades de leur préparation, lors des dépôts successifs des couches intermédiaire et externe. D'autre part, il faut éviter que se développent de nouvelles nanoparticules de métal pur par nucléation du métal apporté par le précurseur, et il faut au contraire orienter le processus vers la formation exclusive ou du moins privilégiée d'un dépôt d'un film mince sur ie support préexistant.
Les auteurs de la présente invention ont pu déterminer les conditions opératoires adéquates pour concilier l'ensemble des impératifs sus exposés. La présente invention concerne un nano-objet magnétique recouvert comprenant i) un cœur nanoparticuiaire comprenant un premier métal possédant des propriétés magnétiques et iï) une enveloppe laquelle, recouvrant intégralement ledit cœur, comprend une couche externe et une couche de liaison, ladite couche externe étant constituée d'au moins un métal noble ou plasmonique choisi parmi les éléments des groupes X ou XI et différent dudit premier métal, et ladite couche de liaison étant constituée d'au moins un métal choisi parmi les éléments des groupes XII, XIII ou XIV.
L'invention vise ainsi des objets na no métriques ayant une structure ternaire, le cœur étant lui-même une nanoparticule dotée de propriétés magnétiques et étant totalement recouvert de deux couches successives de métaux de nature différente de celle du cœur, et non magnétiques. Par « comprend un premier métal » on entend un élément métallique pur ou un alliage magnétique d'au moins deux éléments ou une combinaison de ces derniers. Le cœur confère ainsi au nano-objet ses propriétés magnétiques, tandis que la couche externe va permettre, selon sa composition, de lui conférer d'autres propriétés, par exemple optiques, anti-oxydantes, cataiytiques ou autres, comme il sera exposé en détail plus loin. La couche de liaison assure quant à elle la réunion du cœur et de la couche externe, qui seraient sinon incompatibles.
Par nano-objet ou nanoparticule, on entend des particules de forme quelconque dont Tune des dimensions est comprise entre 1 nm et 100 nm. Si de manière générale, ces termes sont des synonymes qui peuvent être utilisés indifféremment l'un à la place de l'autre, on les distinguera dans la suite de la présente description de la manière suivante :
- le terme "nano-objet" se rapportera aux objets ayant la structure ternaire telle que définie ci-dessus.
- le terme "nanoparticule" et l'adjectif "nanoparticulaire" se rapporteront à des particules qui constituent le cœur des nano-objets de la présente invention, Elles peuvent être composées d'un seul métal magnétique ou d'un alliage de plusieurs éléments chimiques dont un au moins confère des propriétés magnétiques à la nanoparticule.
La taille des nano-objets et nanoparticules est déterminée par toutes les méthodes connues de l'homme du métier, La microscopie électronique à transmission (MET) permet par exemple de caractériser les nanoparticules et nano-objets de métal et d'obtenir une information visuelle directe sur la taille, la forme, la dispersion, la structure et la morphologie de ceux-ci.
La nanoparticule constituant le cœur des nano-objets selon l'invention contient au moins un métal magnétique, avantageusement de forte aimantation. C'est pourquoi, de préférence, ledit cœur magnétique est composé d'un métal choisi parmi le cobalt, le nickel, le fer, ou un alliage de ceux-ci. Le cœur en métal magnétique peut être obtenu selon une des techniques connues de l'homme du métier, par exemple celle mise au point par les auteurs, qu'il saura choisir en fonction de la nature du métal, de la taille et de Sa forme recherchées,
La couche externe qui recouvre toute fa surface du narra-objet selon l'invention est constituée d'un métal lui apportant au moins une propriété particulière. Il peut s'agir d'un métai résistant à l'oxydation, ou d'un métal présentant des propriétés, optiques ou catalytiques ou autres. Il n'est bien sûr pas exclu que ce métal possède plusieurs de ces propriétés à lui seul. On pourra en particulier choisir le métal de cette couche externe parmi les métaux nobles présentant une bonne résonance piasmonique.
C'est pourquoi, la couche externe du nano-objet selon l'invention peut être avantageusement constituée d'un métal choisi parmi l'or, le platine, l'argent, le cuivre, ou un alliage de ceux-ci.
On sait que cette couche externe est associée à des molécules stabilisantes qui peuvent provenir de toutes les étapes de fabrication ou bien seulement de certaines d'entre elles. Bien que ces molécules ne protègent pas de l'oxydation, elles déterminent plusieurs propriétés (chimiques et physiques), notamment la solubilité dans les solvants. Les nanoparticules colloïdales ne se trouvent jamais nues. C'est cette couche de molécules organiques qui les stabilise vis-à-vis de la coalescence.
Selon une caractéristique préférée de ia présente l'invention, la couche de liaison comprend un élément choisi parmi l'étain, le germanium, Pindium, le zinc, ou un alliage de ceux-ci. Ces métaux se sont avérés avoir une affinité à ia fois pour le métal magnétique du coeur et pour les métaux de la couche de externe du nano-objet, Ils sont de ce fait aptes à assurer une liaison entre ces métaux qui n'ont pas d'affinité entre eux et dont l'incompatibilité est à l'origine d'un mauvais recouvrement du cœur magnétique. Les auteurs ont pu déterminer les conditions opératoires indispensables à l'obtention d'une affinité suffisante pour générer le dépôt d'une couche continue d'un élément de liaison sur le métal magnétique, puis le dépôt d'une couche continue du métal externe sur la couche de liaison. La couche de liaison et la couche externe constituent le plus souvent des couches dont la séparation n'est pas distincte. Les deux couches réalisent des interfaces interpénétrées entre elles et forment l'enveloppe recouvrant intégralement le cœur du nano-objet.
De nombreux assemblages ternaires peuvent donc être envisagés, en fonction des applications visées. L'assemblage d'un cœur en cobalt et d'une couche externe en métal noble est particulièrement intéressant. En effet, te cobalt est un métal magnétique de forte aimantation, Le fort moment magnétique permet une détection aisée à de faibles doses. De plus, il est aussi caractérisé par une forte anisotropie magnéto-cristalline qui, couplée à une forte anisotropie de forme (telle que dans un bâtonnet), permet une manipulation du nano-objet par un champ magnétique externe à température ambiante. Son utilisation dans un cœur magnétique est tout indiquée pour des applications qui demandent des nano-objets ferromagnétiques à température ambiante. Une couche externe en or ou en platine offre l'avantage de pouvoir jouer plusieurs râles : protection contre l'oxydation, propriétés plasmoniques pouvant servir pour la détection optique de la particule, fonctionnalisation facile par des molécules susceptibles de reconnaître une protéine et par là même de réaliser la détection de certaines molécules. L'assemblage d'un cœur en cobalt et d'une couche externe en métal noble peut être obtenu sous forme de nanoparticules sphériques maïs aussi oblongues, ce qui permet son orientation dans un champ magnétique. Les nano-objets anisotropes Co@Au sont ainsi de très bons candidats dans le domaine de la biomédecine, d'autant que la couche externe rend les nano-objets biocompatibles alors que le cobalt est toxique. Or le cobalt n'est pas compatible (miscible) avec for ou le platine, le cuivre et l'argent.
M a été trouvé qu'on pouvait arriver à la synthèse de nano-objets associant ces deux métaux, grâce à l'interposition d'une couche intermédiaire contenant de l'étain, métal qui est compatible avec le cobalt, mais aussi avec l'or et le platine pour former des nano- objets de structure Co@Sn@Âu ou Co@Sn@Pt. L'étain agit comme une couche d'accrochage permettant le développement d'une couche continue et complète de métal noble tout autour du cobalt. En absence de la couche de liaison, l'or forme des nanoparticules isolées sur la surface du cobalt laissant une grande partie de la surface du cobalt exposée, et donc non protégée. Ainsi, selon un mode de réalisation avantageux de θ l'invention, le nano-objet comprend un cœur magnétique composé de cobalt, au moins une couche de liaison constituée d'êtain, et au moins une couche externe constituée d'or ou de platine ou d'un mélange des deux. De même, l'êtain a pu être associé à un cœur en fer ou en alliage fer-cobalt. Le fer, métal magnétique de forte aimantation, peut être indus seul ou allié dans un cœur magnétique, sous forme de nano-sphères ou nano-cufoes. Ainsi, selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, le nano-objet comprend un cœur magnétique composé de fer ou d'un alliage fer-cobalt, au moins une couche de liaison constituée d!éiain, et au moins une couche externe constituée d'or ou de piatine ou d'un mélange des deux.
Comme indiqué plus haut, il est intéressant pour certaines applications, que les nano- objets puissent être orientés (magnétiquement) et repérés (optiquement). Dans ce contexte, des nano-objets en forme de nano-bâtonnets sont particulièrement recherchés, leur forme anisotrope contribuant à l'augmentation de leur anisotropie magnétique.
Selon un mode de réalisation particulièrement intéressant de l'invention, le nano-objet adopte une forme géométriquement anisotrope, de préférence la forme d'un nano- bâtonnet ayant une longueur L et un diamètre D dans un rapport tel que L D > 1 , de préférence L/D > 3. Les valeurs de L et D peuvent être déterminées par une méthode visuelle directe grâce aux techniques connues, telle que la microscopie électronique à transmission (MET). L'homme du métier sait utiliser ces méthodes et définir les valeurs L et D en faisant les approximations usuelles du fait d'une certaine irrégularité géométrique inhérente à ce type d'objets.
On comprend que les nano-bâtonnets cœur-coquille sont obtenus à partir de nanoparticuies magnétiques ayant elles-mêmes une forme allongée. Le cœur magnétique pourra être obtenu selon une des techniques connues de l'homme du métier, pour obtenir la forme souhaitée. On peut citer à titre d'exemple le document WO03071581 décrivant la synthèse de nano-bâtonnets de cobalt.
De préférence selon l'invention, la longueur L du nano-objet est compnse entre 20 nm et 500 nm, de préférence entre 40 nm et 100 nrn ; et son diamètre D est compris entre 5 nm et 50 nm, de préférence entre 5 nm et 20 nm. Il a été déterminé que ces valeurs permettaient d'optimiser la manipulation et la détection optique des nano-objets, notamment pour l'utilisation biomédicale. On dispose alors de nano-objets longs et fins comme des aiguilles, dont l'orientation est le repérage sont améliorés.
Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, te nano-objet adopte une forme géométriquement isotrope, De manière la plus commune, i'isotropie se manifeste par une forme globalement sphérique ou bien cubique. Dans ce cas, le nano-objet est une nano-sphère ou un nano-cube obtenu à partir d'une nanoparticule de base (cœur) sphérique ou cubique. Ces nano-objets selon l'invention pourront être utilisés pour certaines applications où l'orientation de la particule est indifférente, par exemple dans le traitement par hyperthermie localisée guidée par imagerie médicale.
La présente invention s'applique ainsi à toutes les formes de nanoparticules magnétiques, qu'elles soient isotropes ou anisotropes. Le cœur magnétique du nano-objet sera dans tous les cas protégé de l'oxydation grâce à une enveloppe de deux couches à base de métal, recouvrant intégralement sa surface. Avantageusement, selon l'invention, ladite enveloppe peut avoir une épaisseur moyenne comprise entre 0.5 nm et 10,0 nm. Une telle épaisseur est suffisante pour préserver le cœur magnétique de l'oxydation à l'air. En outre cette épaisseur ne modifie pas de manière significative les propriétés magnétiques du nano-objet. La variation de l'épaisseur permet de moduler la forme et l'intensité du signal optique.
Une fois la couche de métal externe déposée, i! est tout à fait possible de la faire croître en épaisseur par des méthodes connues de l'homme du métier (notamment pour l'or). On peut donc envisager de moduler l'épaisseur de ia couche externe. Cette augmentation de ia couche externe des nano-bâtonnets peut notamment renforcer la protection des nano- objets de l'oxydation dans l'eau ou les liquides corporels.
La croissance du métal de la couche externe sur le nano-objet est épitaxiale. En particulier, dans le cas d'un nano-bâtonnet Co@Sn@Au, les atomes d'or, et les atomes de cobalt sont arrangés de façon ordonnée et la couche d'or n'est pas composée de plusieurs cristaux déposés sans aucun ordre.
Si comme indiqué plus haut, la couche externe des nano-objets selon l'invention leur confère des propriétés particulières, elle peut acquérir d'autres propriétés, notamment par greffe de composés chimiques en surface. Ainsi, selon l'invention, le nano-objet peut comprendre en outre, lié chimiquement à sa couche externe, un composé choisi parmi : molécules hydrosolubles, antigènes, anticorps, polymères. Le nano-objet peut ainsi être utilisé contre une cible particulière notamment in vito (par exemple pour la détection précoce des cellules cancéreuses dans le sang), Une autre possibilité offerte par les nano-objets selon l'invention sera de leur associer un composé ayant une affinité pour un récepteur particulier connu pour cibler îa destination du nano-objet dans un organisme pour une détection et thérapie in vivo, notamment par hyperthermie localisée, soit par l'application d'un champ magnétique (nanoparticules de Fe ou FeCo), soit par échauffement obtenu par excitation plasmonique de l'or.
Selon l'invention, ie nano-objet peut comprendre aussi un agent de marquage lié chimiquement à sa couche externe. L'homme du métier pourra utiliser les agents de marquage connus afin de repérer et visualiser tes nano-objets dans un milieu. Cela offre des possibilités de marquage multiple en plus de la visualisation que peux offrir la couche externe (notamment dans le cas des nano-objets recouvert d'or).
Les nano-objets selon l'invention avec tous les avantages qu'ils présentent, n'ont pu être réalisés qu'après avoir mis au point ies procédés chimiques convenables pour îeur synthèse. Les conditions opératoires définies par les auteurs de !a présente invention permettent ie dépôt des deux (au moins) couches constituant l'enveloppe, de manière continue. Les protocoles qui ont été définis s'inspirent des techniques utilisées pour la synthèse de nanoparticules simples, mettant en œuvre la décomposition d'un précurseur moléculaire du matériau de la couche qui va se déposer sur ia surface du cœur des nanoparticules (constituées d'un autre matériau). Les nanoparticules, déjà formées au préalable, servent comme des grains pour la nuclôation de la couche, mais s'en distinguent pour que le métal se dépose en surface d'un autre métal (le cœur) en formant une couche continue qui ne laisse pas exposé le cœur.
Un autre objet de la présente invention concerne ainsi un procédé de préparation d'un nano-objet magnétique recouvert tel que décrit précédemment, comprenant i) un cœur nanoparticulaire comprenant un premier métal possédant des propriétés magnétiques et il) un enveloppe, le procédé comprenant ies étapes consistant à :
a) déposer sur des nanoparticules d'un premier métal possédant des propriétés magnétiques, une couche continue d'au moins un métal choisi parmi les éléments des groupes XII, XWl ou XiV, pour obtenir une suspension de nano-objets intermédiaires recouverts d'une couche de liaison,
b) déposer sur lesdits nano-objets intermédiaires, une couche continue d'au moins un métal noble ou plasmonique choisi parmi Ses éléments des groupes X ou XI et différent dudit premier métal, pour obtenir une suspension de nano-objets magnétiques Intégralement recouverts d'une enveloppe formée desdites couche de liaison et couche externe, et
c) récupérer les nano-objets magnétiques recouverts, par exemple à l'aide d'un aimant permanent, On procède donc en deux étapes, pour déposer successivement les deux couches de enveioppe sur le cœur magnétique. La quantité de nanoparticules du premier métai est de préférence apportée sous ia forme d'une poudre de nanoparticules de taille calibrée, obtenue par décantation d'une suspension les contenant et séchage de la fraction conservée.
L'enveloppe du cœur magnétique se fait par un recouvrement complet constitué de deux couches. Ce dépôt continue des films constituant l'enveloppe est réalisé grâce au faible apport d'énergie qui est amené pendant la réaction, ce qui favorise le dépôt uniforme des deux couches de l'enveloppe sur les nanoparticules tout en empêchant les réactions de nucléation et ia formation d'agrégats de particules dans ia solution. Les réactions se déroulent dans un solvant adéquat qui favorise Sa mise en suspension des particules, par exemple dans le toluène.
Avantageusement et selon S'invention, à l'étape a),
- on introduit dans un réacteur une solution d'au moins un composé précurseur dud t métai de liaison, un composé dispersant Ses nanoparticules dudit premier métal, et uns quantité de nanoparticuîes dudit premier métal,
- on laisse réagir ce mélange réactionnei sous agitation à température ambiante et pression atmosphérique, jusqu'à formation d'une suspension de nano-objets intermédiaires recouverts d'une couche de Siaison.
Entre ces deux étapes, on soumet ce mélange réactionnei à un traitement rapide par ultrasons, de façon à disperser les nano-objets qui ont tendance à s'agglomérer car ils sont magnétiques Selon une caractéristique avantageuse de finveniion, lesdites nanoparticules magnétiques comprennent un métal choisi parmi le cobalt, le nickel, le fer, ou un alliage de ceux-ci.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit composé précurseur du métal de liaison est un ion dudit métal ou un sel dudit métal ou un complexe organométallique dudit métal ou un complexe de coordination dudit métal ou un alliage métallique dudit métal magnétique avec le métal de liaison ou un oxyde dudit métal. De préférence ledit précurseur du métal da liaison est choisi parmi un complexe d'étain, un complexe d'indium, un complexe de germanium, un complexe de zinc. On pourra par exemple utiliser un amido-co plexe dudit métal. Dans le cas où on choisit l'étain, il pourra s'agir du bis(diméthylamidQ) étain (il) (de formule [3η{ Μθ2)2]2 ou d'autres complexes tels que :
- avec Sn(ll) : Sn{N,N'-diisopropylacétamidÎnato}2 Sn(acétate) 2, Sn(acétylacétonate)2 ;
- avec Sn(!V): Sn(allyl)2(C4Hg)2, Sn((CgH5)3acétate, Sn{cyc!ohexy!) , Sn(butyl)2{acétaie)2 ou Sn(butyi)2(acéty!acétonate)2.
Après ie dépôt de la couche de liaison, on procède au dépôt de la couche externe. Avantageusement selon l'invention, à l'étape b),
- on introduit dans un réacteur la suspension de nano-objets intermédiaires obtenus à l'étape a), un composé dispersant desdits nano-objets intermédiaires, et une solution d'au moins un composé précurseur dudit métal externe, et on soumet ce mélange réactionnel à un traitement rapide par ultrasons,
» on place ce mélange réactionnel sous une pression d'un gaz réducteur comprise entre 10s Pa et 10.10s Pa (soit entre 1 bar et 10 bars), à une température comprise entre l'ambiante et 150βΟ, et on laisse réagir jusqu'à formation d'une suspension de nano- objets intégralement recouverts d'une couche externe. Une répétition de l'étape b conduit à un épaississement de la couche externe comme il sera expliqué plus loin. Le traitement rapide par ultrasons est réalisé de façon à disperser les nano-objets qui ont tendance à s'agglomérer car ils sont magnétiques. Par traitement rapide par ultrason, on entend un traitement de quelques secondes (inférieur à 1 minute).
A des concentrations en métal externe trop élevées on obtiendra des dépôts de grosses nanoparticules de métal qui se formeront sur les nano-objets, d'où l'importance d'une répétition de l'étape b afin d'augmenter l'épaisseur et obtenir une couche homogène.
Ledit composé précurseur du métal externe peut être un complexe organométallique dudit métal ou un complexe de coordination dudît métal ou un ion dudit métal ou un sel dud î métal un oxyde dudit métal. De préférence te composé précurseur du métal externe est choisi parmi un complexe d'or, un complexe de cuivre, un complexe de platine, un complexe d'argent.
On utilisera dans le cas de l'or, de préférence AuCIPPh3 (or chloro-(triphénylphosphine)) ou dans le cas du platine PtMe2COD (platine diméthyl (1 ,5-cyclooctadiène) ou d'autres complexes tels que :
Au(l) : AuCI(PF¾), (R = alkyl, aryl), AuR3PR3 (par exemple AuCH3PPh3) AuCl{tetahydrothiophène) ;
A (lii) : ÂuC , HAuCI4l Au{CH3)2(CH3COCHCOCH3), AuCI3iC6H5N) ;
Pt(0) ; Pt(1 >5-cyciooctadiène)2i Pt(norbornène)3 Pt2{dibenziiydeneacétone}3 Pt2{dfbenzilydèneacétûne) ;
Pt(ll) : PtCI2{1 ,5-cyclooctadiène), PtCI2(dicydopentadieny!)2, [PtCI2{C2H )]2 Pt(CH3COCHCOCH3)2, CI2(NH2CH2CH2MH2)2 Pt(acétylacétonate)2 :
Pî(IV): K2PtCS4, Pi CCH3)3{C5H5), Pt {ΰΗ3)3(ΟΗ3ΟδΗ4),
Ni(COD)2 (COD - cyclooctadiene)
Avantageusement, après récupération des nano-objeîs recouverts à rétape c), ceux-ci sont remis en suspension, et les étapes b) et c) sont répétées au moins une fois. On peut ainsi faire croître la couche externe. On peut par ce biais moduler les interactions magnétiques entre les nano-objets et améliorer le signai optique.
Comme on le voit, la composition des nano-bâtonnets magnétiques décrits ci-dessus peut être choisie et ajustée de manière à convenir pour diverses applications. Leur biocompatibilité et !eur résistance envers l'oxydation par l'air solutionne un probième général pour le développement et l'utilisation de nano-objets ferromagnétiques à forte aimantation dans des dispositifs. De nombreuses applications dans le domaine de la biomédecine sont envisageables. Ces objets ont une forme et un rapport de dimension ajustables. Grâce à leur cœur métallique, lis présentent une forte aimantation. Grâce à leur forme anïsotrope, ils présentent une anisotropie magnétique plus forte que leurs analogues isotropes. Leurs propriétés magnétiques peuvent être modulées en fonction de la nature de la couche externe et de son épaisseur. Plus particulièrement, l'invention vise l'utilisation d'un nano-objet magnétique recouvert comme sonde pour fa détection d'espèces biologiques in vivo ou in vitro. On peut aussi s'en servir comme sonde bioanalytique. On choisit de préférence un objet de type nano-bâtonnet de Co@Sn@Au pour ce type d'application. En effet, tes nano-objets en forme de bâtonnets présentent l'avantage de pouvoir être orientés dans un champ magnétique extérieur et constituent par conséquent des particules magnétiques anisotropes idéaies car pouvant servir à visualiser d'éventuelles interactions des nano-objets magnétiques avec un iigand au travers de leur signai optique (plasmonique). Le nano-objet pourra agir comme un traceur qui ciblera de manière sélective un constituant de petite taille.
De manière particulièrement intéressante, le nano-objet magnétique recouvert selon l'invention peut être utilisé comme sonde pour la détection de cellules cancéreuses dans des liquides corporels, après transfert dans l'eau et bio-fonctionnalisation.
On peut utiliser à cet effet des nano-bâtonnets capables de reconnaître les cellules cancéreuses et de les détruire ensuite de façon sélective. On peut choisir de préférence un nano-bâtonnet magnétique ayant un cœur en cobalt recouvert d'une première couche d'étain et une couche externe d'or comme sonde biocompatible en combinaison avec un champ magnétique externe, il peut être fonctionnalisé par l'acide folique (vitamine B9) dont les molécules sont capables de reconnaître et de créer des liaisons covalentes avec des cellules cancéreuses. Après que les nano-bâtonnets sont entrés dans Sa cellule, on induit leur agitation électrique grâce à un rayonnement électromagnétique, afin de provoquer la destruction pbotothermique de la cellule hôte.
Une autre application possible est l'Imagerie par Résonance Magnétique (!R ) et Tomographie Photoacoustique (PAT). Récemment des nano-objets Co~Au appelés nanowontons ont montré une efficacité surprenante par rapport toutes les nanoparticules essayées (L.-S. Bouchard, M. S. Anwar, G, L. Liu» B. Hann, Z. H. Xie, J. W. Gray, X. Wang, A.Pines, F. F. Chen, Picomolar sensitivity MRl and photoacoustic imaging of cobalt nanoparticles. Proc Nat, Am. Soc. 2009, 108, 4085-4089. Avantageusement et selon l'invention, un nano-objet magnétique recouvert est utilisé comme élément de support pour l'enregistrement magnétique. Ces objets sont ferromagnétiques à température ambiante qui peuvent présenter à la fois une forte aimantation et une forte anisotropie ce qui permet le stockage magnétique de l'information. Avantageusement, les nano-objets issus de la présente invention peuvent être utilisés comme catalyseurs avec une grande surface active par rapport à leur faible contenu en métal actif qui se trouve seulement sur la surface.
Ce système offre l'avantage d'utiliser moins de catalyseur, puisqu'il est déposé uniquement en surface. Grâce à son cœur magnétique, il peut en outre être aisément séparé du milieu réactionnel à l'aide d'un aimant pour un cycle catalytique ultérieur. On réduit significativement remploi et la perte de matériel catalytique coûteux (i) J, Park and J, Cheon, J. Am. Chem. Soc. 2001 , 123, 5743-5746, ii) W. Lee et al, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16090-18097). En plus une interaction entre les constituants du nano-objet peut améliorer la performance par rapport aux catalyseurs monométalliques (R. G. Chaudhuri, S. Paria, Chem. Rev., 2012, 12, 2373-2433.)
La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant apparaîtront, grâce à la description qui va être faite d'une de ses variantes de réalisation, en relation avec les figures annexées, dans lesquelles :
- La figure 1 est une vue au microscope électronique à haute résolution (HREM) d'un nano-bâtonnet Co@Sn@Au selon l'invention (figure 1 a), et une vue en microscope électronique à transmission (MET) conventionnel des NBs bien dispersés en solution (figure 1 b).
- La figure 2 est un cliché en MET de nano-bâtonnets Co@Sn@Au préparés selon un second protocole selon l'invention.
- La figure 3 est un cliché en MET de nano-bâtonnets de cobalt, sur lesquels sont déposés des particules d'or, non conformes à l'invention sans couche intermédiaire.
- La figure 4 est un cliché en MET de nano-bâtonnets Co@Sn@Pt préparés selon l'invention.
- La figure 5 est un graphe de résultats obtenus par mesures SQUID des propriétés magnétiques de nano-bâtonnets Co@Sn@Au selon l'invention après trois semaines d'exposition à l'air.
- La figure 6 montre la localisation des éléments selon une section transversale de nano- bâtonnet Co@Sn@Au (trace blanche sur le NB du cliché en MET) par spectres EDX.
- La figure 7 est un graphe de résultats obtenus par mesures SQUID des propriétés magnétiques de nano-bâtonnets Co@Sn@Pt selon l'invention après 2 jours d'exposition à l'air. - La figure 8 est un graphe de résultats obtenus par mesures SQUID des propriétés magnétiques de nano-bâtonnets Co@Sn@PtAu selon l'invention après 8 jours d'exposition à l'air,
- La figure 9 est une vue au microscope électronique à haute résolution (HREM) d'un nano-bâtonnet Co@Sn@Ni selon l'invention (figure 9a), et une vue en microscope électronique à transmission (MET) conventionnel des NBs bien dispersés en solution (figure 9b).
- La figure 10 est une vue au microscope électronique à haute résolution {HRE! } d'un nano-bâtonnet Co@Sn@NiAu selon l'invention (figure 10a), et une vue en microscope électronique à transmission (MET) conventionnel des NBs bien dispersés en solution (figure 10b),
Exemple 1 : Préparation de nano-bâtonnets cobalt/étain/or = 1/1/0,2+0,2 Le présent exemple concerne des nano-bâtonnets magnétiques recouverts comprenant un cœur n a no part icu la ire en cobalt et une enveloppe recouvrant intégralement ledit cœur, comprenant une couche externe en or et une couche de liaison en étaîn, obtenus comme décrit ci-après. Pour arriver à développer une couche, les nano-bâtonnets sont dispersés dans un solvant organique et simplement mélangés avec un complexe d'étain. le [Sn(NMe2)2]2. L'étain interagit avec ia surface des nano-bâtonnets de cobalt. Par ia suite, après lavage des nano-bâtonnets pour enlever l'excès du complexe d'étain, un complexe d'or (AuCIPPh3) est ajouté dans le milieu. Le complexe d'or est réduit sur la surface des nano-bâtonnets en présence de 3 bar de dîhydrogène (H2) à température ambiante. Ainsi une couche continue est formée autour des nano-bâtonnets de cobalt,
Etape 1 .·;■
- On prend des nano-bâtonnets en cobalt (85% Co, 20mg, 0,288 mmol) mis en suspension dans 10 ml de toluène. Les nano-bâtonnets de cobalt ont été préparés conformément au protocole décrit dans "Synthesis and magnetic properties of Co nanorod superlattices" F, Wetz, K. Souiantica*, M. Respaud, A. Falqui, B. C audreî Material Science and Engineering G, 2007. 27, 1 162-1186, On lave les nano-bâtonnets avec du toluène en les libérant de leur excès de ligands organiques et des petites nanoparticules de cobalt qui se forment en même temps que les nano-bâtonnets,
- A une solution d'hexadécylamine (34 mg, 0,144 mmol) dans 5 ml de toluène, on ajoute une solution du complexe d'étain [Sn( e2 2]2 (59 mg, 0,288 mmol d'étain) dans 5 ml de toluène. La solution est placée sous agitation pendant 3 minutas et on y ajoute la solution de nano-bâtonnets.
Le mélange noir obtenu est placé sous agitation mécanique pendant 12 heures à température ambiante et à l'abri de la lumière, pour laisser étain mteragir avec la surface des nano-bâtonnets de cobalt.
On obtient une suspension de nano-bâtonnets intermédiaires de cobalt recouvert d'étain.
Etape 2 :
a) Croissance d'une couche externe d'or
- Le mélange obtenu à l'issue de l'étape 1 est transféré dans une bouteille de Fischer- Porter.
- Une solution d'hexadécvlamine (89 mg, 0,288 mmoi, 10 mL de toluène) est ajoutée, puis une solution du complexe d'or (ÂuCIPPh3) (28 mg, 0.057 mmol. dans 10 mL de toluène).
- Le mélange réactionnel noir obtenu est dispersé pendant 1 mn dans un bain à ultrasons, après quoi il est placé sous pression de 3 bars {3.10s Pa) de dihydrogène, et chauffé pendant 24h à 45°C par bain d'huile, sans agitation,
- Le mélange noir est refroidi jusqu'à la température ambiante, le dihydrogène est évacué et remplacé par de l'argon dans une boîte à gants,
- Le surnageant jaune est éliminé et le matériau magnétique est récupéré à l'aide d'un aimant permanent. Le solide noir est lavé au toluène (3 mL) et redispersé dans 20 ml de toluène pour être utilisé dans la réaction suivante, b) Epaisslssement de la couche externe d'or.
L'étape 2 est répétée une fois. Le surnageant jaune est éliminé et le matériau magnétique est récupéré à l'aide d'un aimant permanent. Le solide noir est lavé au toluène (2x3 rnL), puis séché à température ambiante pour obtenir un solide noir.
Il s'agit de nano-objets Co@Sn@Au, comme illustré à la figure 1.
Ce sont des nano-bâtonnets globalement cylindriques, de longueur L = 86 nm, et de diamètre D = 7,8 nm. On observe la présence autour du cœur de cobalt (L= 84 nm ; D = 6,4nm) d'une enveloppe d'une épaisseur moyenne de 0,7
On constate donc un recouvrement complet du cobalt par i'enveioppe constituée d'une couche d'étain et d'une couche d'or. Ce dépôt uniforme des molécules constituant l'enveloppe est réalisé grâce à la succession d'au moins daux étapes réalisées à faible température et sous des pressions faibles. Ainsi le faible apport d'énergie qu est amené pendant Sa réaction favorise le dépôt uniforme d'éiain et d'or sur les nano-bâtonnets tout en empêchant !es réactions de nucléation et la formation d'agrégat de particules d'or ou d'éiain dans la solution (comme on ie voit sur le cliché de la figure 3). Ces nano-bâtonnets possèdent des propriétés magnétiques élevées et durables, ils sont préservé de l'oxydation. La couche externe d'or peut notamment servir pour :
- assurer la protection des nano-objeis vis-à-vis de l'oxydation par l'air,
- permettre la détection de l'objet grâce aux propriétés optiques de sa couche extérieure, * rendre fa nanoparticule biocompatibie,
- permettre la fonctionnalisation de la nanoparticule par des diverses molécules,
- moduler les propriétés magnétiques,
- agir comme catalyseur récupérable contenant une quantité réduite de phase active.
- servir comme une surface adéquate pour épaissir cette même couche par une méthode connue (par exemple « seeded growth » « croissance ensemencé ») de croissance d'Au sur Au.
Propriétés magnétiques (figure 5) ;
Les nano-bâtonnets ont été exposés pendant 3 semaines à l'air. Les mesures SQUID (Superconducting Quantum Interférence Device ou Dispositif Supraconducteur à Interférence Quantique) montrent que les propriétés magnétiques restent identiques avant et après exposition à l'air pendant 3 semaines. La résistance de ces nano-bâtonnets vis- à-vis de l'oxydation a est évidente par a) la stabilité de son l'aimantation à saturation (Ms) avant et après exposition à l'air et b) de la symétrie des courbes à 30OK après un cycle « field cooling » « refroidissement sous champ » qui montre l'absence d'échange ferro/antiférro avant et après exposition à l'air,
Couverture (figure 8) :
La localisation des éléments chimiques dans un nano-bâtonnet, au niveau du tracé blanc visible sur Sa photo au MET, est représenté par les spectres EDX (pour Energy Dispersive X-ray ou analyse dispersive en énergie). La bonne couverture des nano-bâtonnets est corroborée par le fait que leurs propriétés magnétiques ne sont pas amoindries.
Oxydation :
La résistance de ces nano-bâtonnets vis-à-vis de l'oxydation a pu être mesurée sur une durée de 3 semaines par leur exposition à l'air. Les spectres EELS obtenus montrent qu'aucun phénomène d'oxydation ne s'est produit au contact de l'air. Exempte 2 : Préparation de nano-bâtonnets cobalt/étain/or ~ 1/1/0,1 +0, 1 Des nano-bâtonnets magnétiques recouverts Co/Sn/Au sont préparés. Etape 1 :
- A une solution du complexe d'étain [Sn(NMe2)2_2 (30 mg, 0, 147 mmol d'éiaïn) dans 5 ml de toluène est ajouté un mélange de nano-bâtonnets de cobalt (87% Co, 10mg, 0,147m mol, 5 mL de toluène). Le mélange noir est maintenu sous agitation pendant 12 heures à température ambiante et à l'abri de Sa lumière.
- Puis, le surnageant jaune est éliminé, et le matériau magnétique est récupéré à S'aide d'un aimant permanent. La phase solide noire est lavée dans le toluène (3mL) et redispersée dans 10 mL de toluène pour être utilisé dans la réaction suivante.
Etape 2 :
a) Croissance d'une couche externe d'or
- Le mélange obtenu à l'issue de l'étape 1 (0, 147 mmol de Co, 10mL de toluène) est transféré dans une bouteille de Fischer-Porter. Puis sont ajoutées d'abord une solution d'hexadécylamine (35 mg, 0, 147 mmol, 5 mL de toluène), et finalement une solution du complexe d'or (CiAuPPh3) (7 mg, 0,014 mmol, 10 mL de toluène).
- Le mélange réactionnel noir obtenu est dispersé pendant 1 mn dans un bain à ultrasons, après quoi i! est placé sous pression de 3 bars (3.1 G5 Pa) de dihydrogène, et chauffé pendant 24h à 45°C par bain d'huile, sans agitation.
- Le mélange noir est refroidi jusqu'à la température ambiante, le dihydrogène est évacué et remplacé par de l'argon dans la boîte à gants.
- Le surnageant jaune est éliminé et le matériau magnétique est récupéré à l'aide d'un aimant permanent. Le soiide noir est lavé au toluène (3 mL) et redispersé dans 10 mL de toluène pour être utilisé dans la réaction suivante. b) Epaississement de la couche externe d'or.
L'étape 2 est répétée une fois. Le surnageant jaune est éliminé et le matériau magnétique est récupéré à I'afde d'un aimant permanent. Le solide noir est lavé au toluène (2x3 mL), puis séché à température ambiante pour obtenir un solide noir.
Les nano-bâtonnets obtenus présentant en section droite transversale un diamètre d'environ 6nm et une longueur de 30 nrn. ίί s'agit de nano-bâtonnets Co@Sn@Au, comme illustré à la figure 2.
Ce sont des nano-bâtonnets globalement cylindriques, de longueur L = 85 nm, et de diamètre D = 7,5 nm.
On peut déduire par comparaison de leurs diamètres avec le diamètre des nano- bâtonnets nus (distribution statistique des diamètres) la présence autour du cœur de cobalt (L- 84nm, D ~ 5,8 nm) d'une enveloppe d'une épaisseur moyenne de 0,9 nm.
Exemple 3 i Préparation de nano-bâtonnets cobait étain/piatine
Des nano-bâtonnets magnétiques recouverts Co/Sn/Pt sont préparés, en deux étapes.
Etape 1 ;
- Une dispersion de nano-bâtonnets de cobalt {94% Co, 10mg, Û,16mmol, 5 mL de toluène) est ajoutée à une solution de complexe d'étasn [Sn( e2)2]2 (33 mg, 0,16 mrnol d'étain, dans 5 mL de toluène). Le mélange noir obtenu est placé sous agitation mécanique pendant 12 heures à température ambiante et à l'abri de la lumière.
- Le surnageant jaune est éliminé et le matériau magnétique est récupéré à l'aide d'un aimant permanent. Le solide noir est lavé au toluène (3 mL) et redispersé dans 10 mL de toluène pour être utilisé dans la réaction suivante.
Etape 2 :
a) Revêtement avec un premier dépôt de platine
La solution des nano-bâtonnets intermédiaires obtenue précédemment (0,16 mmol de Co, 10 mL de toluène) est transférée dans une bouteille de Fisber-Porter. Sont ajoutées une solution d'héxadécylamine (115 mg, 0,48 mrnol dans 5 mL de toluène), puis une solution de PtMe2COD (10 mg, 0,032 mrnol dans 5 mL de toluène. Le mélange réactionne! noir est mélangé par ultrasons pendant 1 mn, puis est placé sous atmosphère de dihydrogène sous pression de 106 Pa (1 bar), pendant 12 heures à température ambiante.
- Le dihydrogène est évacué et remplacé par de l'argon dans la boîte à gants. Le surnageant gris clair est éliminé et le matériau magnétique est récupéré à l'aide d'un aimant permanent. Le solide noir est lavé au toluène {3 mL) et redispersé dans 10 mL de toluène pour être utilisé dans la réaction suivante. b) Revêtement avec un deuxième dépôt de platine
L'étape 2 est répétée une fois. c) Revêtement avec un troisième dépôt de platine
L'étape 2 est répétée une fois. Le dihydrogène est évacué et remplacé par de l'argon dans la boite à gants, Le surnageant gris clair est éliminé et le matériau magnétique est récupéré à l'aide d'un aimant permanent. Le solide noir est lavé au toluène (2x3 mL) et séché à température ambiante pour obtenir un solide noir. Il s'agit de nano-objets Co@Sn@ , comme ïlîustré à la figure 4. Ce sont des nano-bâtonnets globalement cylindriques, de longueur L = 65 nm, et de diamètre D ~ 7.5 nm.
On peut déduire, par comparaison de leurs diamètres avec le diamètre des NBs nus, la présence autour du cœur de cobalt (L= 83 nm, D- 5,8 nm) d'une enveloppe d'une épaisseur moyenne de 0,8 nm.
Propriétés magnétiques (figure 7) :
Les nano-bâtonnets ont été exposés pendant 2 jours à l'air. Les mesures SQUID montrent que les propriétés magnétiques restent identiques avant et après exposition à l'air pendant 2 jours. La résistance de ces nano-bâtonnets vis-à-vis de l'oxydation est évidente par a) la stabilité de son aimantation â saturation ( s) avant et après exposition à l'air e b) de la symétrie des courbes à 300 après un cycle « field cooiing » « refroidissement sous champ » qui montre l'absence d'échange ferro/antiferro avant et après exposition à l'air.
Exemple 4 : Préparation de nano-bâtonnets cobalt étain/platine/or - 1/1/0,2+0,2+0,27+0,2+0,2
Des nano-bâtonnets sont préparés en trois étapes à partir de nano-bâtonnets de cobalt en introduisant une couche de liaison d'étain entre le cœur de cobalt et la couche externe de platine/or.
Etape 1 : Introduction de la couche de liaison d'étain
Une suspension de nano-bâtonnets de cobalt (10 mg, 93% Co 0,16 mmoi de cobalt) dans 5 mL de toluène est ajoutée à une solution de héxadecylamine (HDA) (19 mg, 0,08 mmol) dans 3 ml toluène mélangée et agitée pendant 3 minutes avec une solution de complexe d'étain [Sn(NMe2)2]2 (33 mg, 0,16 mmol d'étain) dans 2 mL de toluène. Le mélange est agité par agitation mécanique pendant 12 h à l'abri de la lumière et à température ambiante. Le surnageant jaune est éliminé et le matériau magnétique solide est récupéré à l'aide d'un aimant permanent et lavé avec 3 mL de toiuène et re~dispersé dans 0 mL de toluène pour être utilisé dans la réaction suivante.
Etape 2:
a) Formation de la couche de platine
La solution de nano-bâtonnets intermédiaires obtenue précédemment (0,16 mmol de cobalt) dans 10 mL de toluène est transférée dans une bouteille Fischer-Porter, Sont ajoutées une solution de HDA (118 mg, 0,48 mmol) dans 5 mL de toluène et une solution de complexe de platine PtMe2COD (COD = cyciooctadiene) (10 mg, 0,03 mmol de platine) dans 5 mL de toluène. Le mélange est dispersé à l'aide d'un bain à ultrasons. Par la suite i! est pressurisé avec 1 bar d'hydrogène et agité par agitation mécanique pendant 14 h à température ambiante.
Le dihydrogène est évacué et remplacé par de l'argon. Le surnageant gris-clair est éliminé et le matériau magnétique solide est récupéré à l'aide d'un aimant permanent puis lavé avec 3 mL de toluène. Il est redispersé dans 0 mL de toluène pour l'étape suivante. b) Croissance de la couche de platine
L'étape 2a) est répétée deux fois afin de faire croître la couche de platine. Le matériau magnétique solide est ensuite récupéré à l'aide d'un aimant permanent puis lavé à deux reprises avec 3 mL de toluène. H est redispersé dans 10 mL de toluène pour l'étape suivante.
Etape 3:
a) Formation de ia couche d'or
La solution de nano-bâtonnets intermédiaires obtenue à l'étape 2, (0:16mmol de cobalt) dans 10 mL de toluène, est transférée dans une bouteille Fischer-Porter. Sont ajoutées ; une solution de HDA (39 mg, 0,16 mmol) dans 5 mL de toluène et une solution de complexe d!or ClÂuPPh3 (18 mg, 0,03 mmol d'or) dans 5 mL de toluène. Le mélange est dispersé à l'aide d'un bain à ultrasons. Par la suite 'ύ est pressurisé avec 3 bars d'hydrogène et chauffé pendant 24h à 45°C.
Le mélange noir est refroidi à température ambiante, et le dihydrogène est remplacé par de l'argon. Le surnageant gris-clair est enlevé et le matériau magnétique solide est récupéré à l'aide d'un aimant permanent puis lavé avec 3 mL de toiuène. I! est redispersé dans 10 mL de toluène pour étape suivante. b) Croissance de la couche d'or :
L'étape 3a) est répétée afin de faire croître la couche d'or. Le matériau magnétique solide est ensuite récupéré à l'aide d'un aimant permanent puis lavé à deux reprises avec 3 mL de toiuène,
Les nano-bâîonnets obtenus sont globalement cylindriques, de longueur L = 55 nm, et de diamètre D = 7,9 nm. On peut déduire, par comparaison de leurs diamètres avec le diamètre des nano-bâtonnets nus, la présence autour du cœur de cobalt (L - 52 nm, D = 5 nm) d'une enveloppe d'une épaisseur moyenne de 1 ,4 nm.
Propriétés magnétiques (figure 8) :
Les nano-bâtonnets obtenus ont été exposés pendant 8 jours à l'air. Les mesures SQUID montrent que les propriétés magnétiques restent identiques avant et après exposition à l'air pendant 8 jours. La résistance de ces nano-bâtonnets vis-à-vis de l'oxydation est expliquée par deux phénomènes :
- la stabilité de son aimantation à saturation {(Vis) avant et après exposition à l'air et
- la symétrie des courbes à 2K après un cycle « fieid cooling » « refroidissement sous champ » qui montre l'absence d'échange ferro/antiferro avant et après exposition à l'air. Exem le 5 : Préparation de nano-bâtonnets cobalt étain/nickei = 1/1/0,2*0,2 (Figure 9)
Les nano-bâtonnets de Co@Ns (Coeur@coquille) sont synthétisés en deux étapes à partir de nano-bâtonnets de cobalt en introduisant une couche de liaison en étain entre le cœur de cobalt et une couche externe de nickel.
Etape 1 : Introduction de la couche de liaison d'étain
Une suspension de nano-bâtonnets de cobalt (63% Co, 17 mg, 0,18 mrnof de cobalt) dans 5 mL de toluène est ajoutée à une solution de héxadecylamine (HDÂ) (22 mg, 0,09 mmoi) dans 3mi de toluène mélangée et agitée pendant 3 minutes avec une solution de complexe d'étain [Sn(NMe2)2]2 (38 mg, 0,18 mmoi d'étain) dans 2 mL de toiuène. Le mélange est agité par agitation mécanique pendant 12 h à l'abri de la lumière et à température ambiante.
Etape 2:
a) Formation de la couche La solution de nano-bâtonnets intermédiaires obtenue à l'étape 1 (0,18 mmol de cobalt, 10 mL de toluène) est transférée dans une bouteille Fischer-Porter est ajoutée â une solution de HDÂ (10 mg, 0,036 mmol) dans 5 mL de toluène et une solution de complexe de nickel Ni(COD)2 (CDD - cyclooctadiene) (10 mg, 0,036 mmol de nickel) dans 5 mL de toluène. Le mélange est dispersé à l'aide d'un bain à ultrasons. Par la suite, Il est pressurisé avec 3 bar d'hydrogène et chauffé pendant 8 h à 70aC.
Le mélange noir est refroidi à température ambiante, et le dihydrogène est remplacé par de l'argon. Le surnageant gris-clair est enlevé et le matériau magnétique solide est récupéré à l'aide d'un aimant permanent puis est lavé avec 3 mL de toluène, est redispersé dans 10 mL de toluène pour l'étape suivante. b) Croissance de la couche de nickel
L'étape 2a) est répétée afin de faire croître la couche de nickel. Le matériau magnétique solide est ensuite récupéré à l'aide d'un aimant permanent puis lavé à deux reprises avec 3 mL de toluène.
Les nano-bâtonnets obtenus, globalement cylindriques, présentent une longueur t™ 59 nm, et un diamètre D ~ 7 nm. On peut déduire, par comparaison de leurs diamètres avec le diamètre des nano-bâtonnets nus, la présence autour du cœur de cobalt (L = 57 nm, D = 5,9 nm) d'une enveloppe d'une épaisseur moyenne de 0,6 nm. (Figure 9)
Exemple 6 : Préparation de nano-bâtonnets cobalt/étain/nickel/or = 1/1/0,2+0,27+0,4 (Figure 10) Les nano-bâtonnets de Co@NiAu (coeur@coquiile) sont synthétises à partir de nano- bâtonnets de cobalt en trois étapes en introduisant une couche de liaison d'étain entre le cœur de cobalt et la couche externe de nickel et d'or.
Etape 1 : Introduction de la couche de liaison d'étain
Une suspension de nano-bâtonnets de cobalt (83% Co, 17 mg, 0,18 mmol de cobalt) dans 5 mL de toluène est ajoutée à une solution de héxadecylamine (HDÂ) (22 mg, 0,09 mmol) dans 3m! toluène mélangé et agitée pendant 3 minutes avec une solution de complexe d'étain [Sn(NMe2)2jj2 (38 mg, 0,18 mmol d'étain) dans 2 mL de toluène. Le mélange est agité par agitation mécanique pendant 12 h à l'abri de la lumière et à température ambiante. Etape 2 :
a) Formation de fa couche de nickel
La solution de nano-bâtonnets intermédiaires obtenue à l'étape précédente {ÔM Smmoi de cobalt) dans 10 mL de toluène est transférée dans une bouteille Fischer-Porter et ajoutée à une solution de HDA (10 mg, 0,038 mmo!) dans 5 mL de toluène et une solution de complexe de nickel Ni{COD)2 (COD - cydooctadiene) (10 mg, 0,036 mmoi de nickel) dans 5 mL de toluène. Le mélange est dispersé à l'aide d'un bain à ultrasons. Par la suite il est pressurisé avec 3 bar d'hydrogène et chauffé pendant 8 h à 70°C,
Le mélange noir est refroidi à température ambiante, et le dihydrogène est remplacé par de l'argon. Le surnageant gris-clair est enlevé et le matériau magnétique solide est récupéré à l'aide d'un aimant permanent puis est lavé avec 3 mL de toluène, ii est redispersé dans 10 mL de toluène pour l'étape suivante. b) Croissance de la couche de nickel
L'étape 2a) est répétée afin de faire croître la couche de nickel. Le matériau magnétique solide est ensuite récupéré à l'aide d'un aimant permanent puis lavé à deux reprises avec 3 mL de toluène, il est redispersé dans 10 mL de toluène pour l'étape suivante.
Etape 3 : Formation de la couche d'or
La solution obtenue à l'étape précédente (0,18 mmoi de cobalt) dans 10 mL de toluène est transférée dans une bouteille Fischer-Porter. On y ajoute une solution de HDA (218 mg, 0,9 mmoi) dans 5 mL de toluène et une solution de complexe d'or CIÂuPPh3 (35 mg, 0,07 mmoi d'or) dans 10 mL de toluène. Le mélange est dispersé à l'aide d'un bain à ultrasons et chauffé pendant 8 h à 90°C.
Le mélange noir est refroidi à température ambiante et le dihydrogène est remplacé par de l'argon. Le surnageant est enlevé et le matériau magnétique solide est récupéré à l'aide d'un aimant permanent puis est lavé avec 2x3 mL de toluène.
On obtient des nano-bâtonnets globalement cylindriques, de longueur L = 80 nm, et de diamètre D = 9,1 nm. On peut déduire, par comparaison de leurs diamètres avec le diamètre des nano-bâtonnets nus, la présence autour du c ur de cobalt (L = 57 nm, D - 5,9 nm) d'une enveloppe d'une épaisseur moyenne de 1 ,6 nm. (Figure 10) Exemple 7 : préparation de nano-bâtonnets cobait/étain/cuivre = 1/1/0,2
Etape 1 : Introduction de la couche de liaison d'étain
Une suspension de nano-bâtonnets de cobalt (88% de cobalt, 4 mg, 0,048 mmoi) dans 2 mL de tofuène est ajoutée à une solution d'héxadecylamine (HDA) (4,9 mg, 0,02 mmoi) dans 1 ml de toluène mélangé et agitée pendant 3 minutes avec une solution de complexe d'étain [Sn(Nfv1e2}2]2 (8,6 mg, 0,042 mmoi d'étain) dans 1 mL de toluène. Le mélange est agité par agitation mécanique pendant 12 h à . l'abri de la lumière et à température ambiante pour être utilisé dans l'étape suivante.
Etape 2 : Formation de la couche de cuivre
La solution obtenue à l'étape précédente (0,046 mmoi de cobalt) dans 4 mL de toluène est transférée dans une bouteille Fischer-Porter. On y ajoute une solution de HDÂ (9,3 mg, 0,039 mmoi) dans 1 ,5 mL de toluène et une solution de complexe de cuivra [Cus(Mes)5] (1 ,4 mg, 0.008 mmoi de cuivre) dans 1 ,5 mL de toluène. Le mélange est dispersé à l'aide d'un bain à ultrasons. Par la suite le mélange est chauffé pendant 24h à 60°C.
Après la réaction, le mélange noir est refroidi à température ambiante. Le surnageant jaune est enlevé et le matériau magnétique solide est récupéré à l'aide d'un aimant permanent puis est lavé avec 5 mL de toluène.
On obtient des nano-bâtonnets globalement cylindriques, de longueur L - 89 nm, et de diamètre D = 8 nm. On peut déduire, par comparaison de leurs diamètres avec le diamètre des NBs nus, la présence autour du cœur de cobalt (L = 68 nm, D ~ 5, 1 nm) d'une enveloppe d'une épaisseur moyenne de 0,4 nm.
Exempte 8 : préparation de nano-bâtonnets cobait/étain/cuivre = 1 /1/0,2+0,2
Etape 1 : Introduction de la couche de liaison
Une suspension de nano-bâtonnets de cobalt {68% de cobalt, 4 mg, 0,048 mmoi) dans 2 mL de toluène est ajoutée à une solution de héxadecylamine (HDÂ) {4,9 mg, 0,02 mmoi) dans 1 ml de toluène mélangé et agitée pendant 3 minutes avec une solution de complexe d'étain [Sn( IVle2)2]2 (8,6 mg, 0,042 mmoi d'étain) dans 1 mL de toluène. Le mélange est agité par agitation mécanique pendant 12 h à l'abri de la lumière et à température ambiante. Etape 2: a) Formation de la couche de cuivre
La solution obtenue à l'étape précédente (0,048 mmol de cobalt) dans 4 mL de toluène est transférée dans une bouteille Fischer-Porter. On y ajoute une solution de HDA (9,3 mg, 0,039 mmoi) dans 1 ,5 mL de toluène et une solution de complexe de cuivre [Cus(Mes)5] (1 ,4 mg, 0.008 mmol de cuivre) dans 1 ,5 mL de toluène. Le mélange est dispersé à l'aide d'un bain à ultrasons. Par la suite le mélange est chauffé pendant 24h à 60°C.
Après la réaction, le mélange noir est refroidi à température ambiante et le dihydrogène est remplacé par de l'argon, le surnageant jaune est enlevé et le matériau magnétique solide est récupéré à l'aide d'un aimant permanent puis est lavé avec 5 mL de toluène. Le solide est ensuite redispersé dans 4 mL de toluène à l'aide d'un bain à ultrasons pour être utilisé à l'étape 3. b) croissance de la couche de cuivre
L'étape 2a) est répétée afin de faire croître la couche de cuivre. Le matériau magnétique solide est ensuite récupéré à l'aide d'un aimant permanent puis lavé à deux reprises avec 5 mL de toluène. Les nano-bâtonnets obtenus sont globalement cylindriques, de longueur ! = 54 ran, et de diamètre D = 6,6 nm. On peut déduire, par comparaison de leurs diamètres avec le diamètre des nano-bâtonnets nus, la présence autour du cœur de cobalt (L - 52 nm, D = 5,3 nm) d'une enveloppe d'une épaisseur moyenne de 0,7 nm.

Claims

REVENDICATIONS t.- Nano-objet magnétique recouvert comprenant i) un cœur nanoparticuiaire comprenant un premier métal possédant des propriétés magnétiques et si) une enveloppe, caractérisé en ce que ladite enveloppe, recouvrant intégralement ledit cœur, comprend une couche externe et une couche de liaison, ladite couche externe étant constituée d'au moins un métal noble ou plasmonique choisi parmi les éléments des groupes X ou XI eî différent dudît premier métal, et ladite couche de liaison étant constituée d'au moins un métal choisi parmi les éléments des groupes XII, XI il ou XIV.
2 - Nano-objet magnétique selon la revendication , caractérisé en ce que ledit cœur magnétique est composé d'un métal choisi parmi le cobalt, le nickel, le fer, ou un alliage de ceux-ci.
3.- Nano-objet magnétique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite couche de liaison est constituée d'un métal choisi parmi i'étain, le germanium, indium, le zinc, ou un alliage de ceux-ci.
4 - Nano-objet magnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche externe est constituée d'un métal choisi parmi l'or, le platine, l'argent, le cuivre ou un alliage de ceux-ci.
5, - Nano-objet magnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un cœur magnétique composé de cobalt, au moins une couche de liaison constituée d'étain, et au moins une couche externe constituée d'or ou de platine ou d'un mélange des deux.
6. - Nano-objet magnétique selon Tune des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un cœur magnétique composé de fer ou d'un alliage fer-cobalt, au moins une couche de liaison constituée d'étain, et au moins une couche externe constituée d'or ou de platine ou d'un mélange des deux.
7.- Nano-objet magnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il adopte une forme géométriquement anisotrope, de préférence la forme d'un nano- bâtonnet ayant une longueur L et un diamètre D dans un rapport tel que L/D > 1 , de préférence L/D > 3.
8. ~ Nano-objet magnétique selon fa revendication précédente, caractérisé en ce que sa longueur L est comprise entre 20 nm et 500 nm; et son diamètre D est compris entre 5 nm et 50 nm,
9. - Nano-objet magnétique se!on l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il adopte une forme géométriquement isotrope.
10. - Nano-objet magnétique selon Tune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite enveloppe a une épaisseur moyenne comprise entre 0,5 nm et 10 nm.
1 1. » Procédé de préparation d'un nano-objet magnétique recouvert selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant i) un cœur nanoparticulaire comprenant un premier métal possédant des propriétés magnétiques et ii) une enveloppe, caractérisé en ce Qu'il comprend les étapes consistant à :
a) déposer sur des nanoparticules d'un premier métal possédant des propriétés magnétiques, une couche continue d'au moins un métal choisi parmi les éléments des groupes XII, XIII ou XIV, pour obtenir une suspension de nano-objets intermédiaires recouverts d'une couche de liaison,
b) déposer sur lesdits nano-objets intermédiaires une couche continue d'au moins un métal noble ou plasmonique choisi parmi les éléments des groupes X ou XI et différent dudit premier métal, pour obtenir une suspension de nano-objets magnétiques intégralement recouverts d'une enveloppe formée desdites couche de liaison et couche externe, et
c) récupérer les nano-objets magnétiques recouverts ainsi obtenus.
12. - Procédé de fabrication d'un nano-objet selon la revendication précédente, caractérisé en ce que à l'étape a),
- on introduit dans un réacteur une solution d'au moins un composé précurseur dudit métal de liaison, un composé dispersant les nanoparticules dudit premier métal, et une quantité de nanoparticules dudit premier métal, - on laisse réagir ce mélange réactionnei sous agitation à température ambiante et pression atmosphérique, jusqu'à formation d'une suspension de nano-objets intermédiaires recouverts d'une couche de liaison.
13. - Procédé de fabrication d'un nano-objet selon l'une des revendications 11 à 12, caractérisé en ce que lesdites nanoparticules magnétiques comprennent un métai choisi parmi le cobalt, le nickel, le fer, ou un alliage de ceux-ci.
14. - Procédé de fabrication d'un nano-objet selon Tune des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que ledit composé précurseur du métal de iiaison est un ion dudit métal ou un sel dudit métal ou un complexe organométaliique dudit métal ou complexe de coordination dudit métal ou un alliage du métal magnétique avec le métal de liaison, ou un oxyde dudit métal.
15. - Procédé de fabrication d'un nano-objet selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit composé précurseur du métal de liaison est choisi parmi un complexe d'étain. un complexe d'iridium, un complexe de germanium, un complexe de zinc.
16. - Procédé de fabrication d'un nano-objet selon fune des revendications 1 1 à 15, caractérisé en ce que à l'étape b),
- on introduit dans un réacteur la suspension de nano-objets intermédiaires obtenue à l'étape a), un composé dispersant desdits nano-objets intermédiaires, et une solution d'au moins un composé précurseur dudit métal externe, et on soumet ce mélange réactionnei à un traitement par ultrasons ;
- on place ce mélange réactionnei sous une pression d'un gaz réducteur comprise entra 105 Pa et 10.105 Pa, à une température comprise entre l'ambiante et 150°C, et on laisse réagir jusqu'à formation d'une suspension de nano-objets intégralement recouverts d'une coucha externe.
17. - Procédé de fabrication d'un nano-objet selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit composé précurseur du métal externe est un complexe organométaliique dudit métal ou un complexe de coordination dudit métal ou un ion dudit métal ou un sel dudit métal ou un oxyde dudit métal.
18,- Procédé de fabrication d'un nano-objet selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit composé précurseur du métal externe est choisi parmi un complexe d'or, un complexe de cuivre, un complexe de platine, un complexe d'argent.
19.~ Procédé de fabrication d'un nano-objet selon l'une des revendications 11 à 18, caractérisé en ce que après l'étape c), fesdits nano-objets magnétiques recouverts sont remis en suspension, et les étapes b) et c) sont répétées au moins une fois.
20. - Utilisation d'un nano-objet magnétique recouvert selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 comme sonde pour la détection d'espèces biologiques
21. - Utilisation d'un nano-objet magnétique recouvert selon Tune quelconque des revendications 1 à 10 comme sonde pour la détection de cellules cancéreuses dans des liquides corporels.
22. - Utilisation d'un nano-objet magnétique recouvert selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 comme support catalyîiqu© récupérable.
23. - Utilisation d'un nano-objet magnétique recouvert selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 comme élément de support pour l'enregistrement magnétique.
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