Nitrure de bore : le gardien silencieux de la santé

La nanotechnologie est un domaine qui étudie la manipulation des matériaux à l'échelle nanométrique. Elle englobe les principes scientifiques sous-jacents, les nouvelles propriétés des matériaux et les perspectives de développement découvertes à cette échelle. La nanotechnologie trouve des applications dans divers domaines de la médecine, tels que l'administration de médicaments, le diagnostic et le traitement des tumeurs, l'imagerie et les agents antibactériens. Les variations d'échelle des nanomatériaux peuvent induire des modifications importantes de leurs propriétés physico-chimiques de surface. Ces dernières années, grâce aux progrès de la nanotechnologie, le nitrure de bore (BN), de structure graphitique, s'est imposé comme un matériau médical innovant, présentant un potentiel d'application dans les domaines anticancéreux, antibactérien et comme vecteur de médicaments.

1.nitrure de bore nanomatériaux

Le nitrure de bore est un cristal moléculaire lamellaire composé de bore (groupe III) et d'azote (groupe V), présentant une structure hexagonale régulière. Au sein des couches du cristal, les atomes de bore et d'azote sont liés par des liaisons de coordination très fortes, assurant une forte cohésion. Les liaisons intercouches sont assurées par des forces de van der Waals, plus faibles, ce qui facilite le détachement des couches. Selon leur structure cristalline, le nitrure de bore se divise en quatre catégories : nitrure de bore hexagonal (h-BN), nitrure de bore cubique (c-BN), nitrure de bore wurtzite (w-BN) et nitrure de bore rhomboédrique (r-BN). Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) est celui qui possède les applications les plus nombreuses. Matériau inorganique de grande importance, il présente une structure similaire à celle du graphite et se présente sous forme de poudre blanche, d'où son appellation de « graphite blanc ». Le h-BN de taille nanométrique peut s'encapsuler pour former des nanoparticules de nitrure de bore zéro-dimensionnelles (BNNP), s'agglomérer pour former des nanotubes de nitrure de bore unidimensionnels (BNNT) et être exfolié pour créer des nanofeuilles de nitrure de bore bidimensionnelles (BNN). nanorubans de nitrure de bore (BNNR). Chacune de ces nanostructures présente des propriétés supérieures uniques, telles qu'une surface spécifique élevée, une grande énergie de bande interdite, une faible constante diélectrique, une excellente stabilité thermique, une stabilité chimique et une biocompatibilité remarquable.

2. Propriétés du nitrure de bore

Parmi les différents types de cristaux de nitrure de bore, les chercheurs se sont principalement concentrés sur le h-BN et le c-BN en raison de leurs propriétés supérieures.

La structure lamellaire et les paramètres de maille du h-BN sont similaires à ceux du graphite. Les atomes d'azote et de bore de chaque couche sont liés par de fortes liaisons covalentes sp² et des interactions dipolaires, ce qui confère au h-BN un point de fusion élevé, ainsi que d'excellentes propriétés réfractaires et une grande résistance aux hautes températures. En revanche, les liaisons intercouches du h-BN sont facilitées par des forces de van der Waals plus faibles, permettant un glissement aisé entre les couches et le rendant ainsi utilisable comme lubrifiant. De plus, le h-BN possède une bande interdite pouvant atteindre 5,97 eV, ce qui lui confère des propriétés isolantes exceptionnelles, même à haute température. En résumé, les principales caractéristiques du h-BN sont un point de fusion élevé, une conductivité thermique élevée, de bonnes propriétés lubrifiantes, une résistance mécanique élevée, une bonne stabilité chimique, d'excellentes performances diélectriques et une bonne biocompatibilité. Cependant, la dispersion du h-BN dans l'eau est faible ; par conséquent, la fonctionnalisation des matériaux h-BN afin d'améliorer leur dispersion sera bénéfique pour de futures applications. Biomédical champ.

Le c-BN possède une structure de sphalérite et appartient au système cristallin cubique à faces centrées, ce qui en fait un nouveau type de matériau superdur dont la structure est similaire à celle du diamant. Le c-BN présente une conductivité thermique, une stabilité thermique et une stabilité chimique extrêmement élevées, entre autres propriétés. En 2009, des chercheurs ont identifié pour la première fois du c-BN naturel dans la nature, le nommant chaozhuite. Cependant, les monocristaux de c-BN utilisés industriellement aujourd'hui sont encore synthétisés artificiellement, à partir de h-BN comme précurseur, sous haute température et pression.

3. Le nitrure de bore dans le domaine biomédical

Le BN présente une bonne biocompatibilité in vitro et in vivo, et ses propriétés sont comparables, voire supérieures, à celles des matériaux à base de graphène pour les applications biologiques. Il peut être utilisé dans divers domaines tels que les applications antibactériennes, la vectorisation de médicaments, le transport du bore, l'ingénierie tissulaire et l'imagerie in vivo.

• Antibactérien : Des études récentes ont montré que les nanofeuilles de nitrure de bore présentent des propriétés antibactériennes efficaces contre les bactéries résistantes aux antibiotiques (RAM), démontrant une bonne biocompatibilité sans induire de résistance secondaire lors d’une utilisation prolongée. Kivanc et al. ont étudié l’activité antibactérienne et antibiofilm des nanoparticules de h-BN contre Streptococcus thermophilus 3.3, Staphylococcus pasteuri M3, Candida sp. M25 et Streptococcus thermophilus ATCC 25175. La toxicité des nanoparticules de h-BN sur les fibroblastes cutanés humains normaux et les cellules rénales canines Madin-Darby a été évaluée par les tests MTT, SRB et Pico Green afin de mesurer la viabilité cellulaire. Les expériences ont indiqué que les nanoparticules de h-BN exercent un effet inhibiteur significatif sur la croissance bactérienne.
• Administration de médicaments : le nitrure de bore hexagonal (h-BN) est également considéré comme un vecteur de médicaments très prometteur. Cheng et al. ont synthétisé des nanofeuilles de nitrure de bore hexagonal (BNNS) en masse par une méthode de matrice saline. Ces nanofeuilles ont inhibé efficacement la prolifération du cancer du sein lors d’expériences in vivo et in vitro, démontrant ainsi le potentiel des BNNS pour l’administration de médicaments. Des recherches ont montré que, lorsqu’il est utilisé comme vecteur, le peptide natriurétique cérébral chargé d’ADN pénètre dans les cellules tumorales IAR-6-1 par endocytose, libérant ensuite la doxorubicine (DOX) dans le cytoplasme et le noyau, ce qui permet de cibler et de détruire spécifiquement les cellules cancéreuses.
• Ingénierie tissulaire : Dans le domaine des matériaux dentaires, Lee et al. ont préparé des BNN par broyage à billes à haute énergie et les ont dispersés dans un Zircone La matrice est ensuite frittée au plasma pour consolider la poudre composite. La zircone additionnée de nanotubes de nitrure de bore (BNNT) présente une résistance accrue de 27,3 % et une ténacité à la rupture améliorée de 37,5 %, tout en inhibant la dégradation de la matrice de zircone en milieu humide. Ces résultats démontrent l'intérêt potentiel des BNN comme matériaux de renforcement pour les applications dentaires. Degrazia et al. ont constaté que l'ajout de 0,15 % en poids de BNNT améliore les propriétés chimiques et mécaniques des résines composites dentaires et favorise la minéralisation, contribuant ainsi à prolonger la durée de vie des restaurations dentaires.
• Agent de vectorisation du bore : Les nanomatériaux de nitrure de bore, grâce à leur forte teneur en bore et leur faible cytotoxicité, peuvent servir d’agents de vectorisation du bore pour la thérapie par capture de neutrons par le bore (BNCT). La BNCT est une méthode de radiothérapie spécifique et novatrice qui cible et détruit les cellules cancéreuses sans endommager les cellules saines. Il a été démontré que les nanotubes de nitrure de bore modifiés par du polyéthylène glycol agissent comme agents de vectorisation du bore pour la BNCT, l’accumulation de bore dans les cellules de mélanome B16 étant environ trois fois supérieure à celle observée avec le BSH (thiosulfate de borane de sodium), agent de vectorisation du bore de deuxième génération. Les nanotubes de nitrure de bore modifiés par de la poly-L-lysine et de l’acide folique sont sélectivement internalisés par les cellules de glioblastome polymorphe après couplage avec des points quantiques fluorescents, servant ainsi à la fois d’agents de vectorisation du bore pour la BNCT et permettant le suivi du comportement intracellulaire du médicament. Il a également été démontré que les nanosphères de nitrure de bore constituent un réservoir de bore de haute qualité pour le traitement du cancer de la prostate. Elles permettent une libération contrôlée et durable de bore cristallin, réduisant ainsi la viabilité des cellules cancéreuses et induisant l'apoptose. Des modèles tumoraux in situ ont confirmé l'efficacité anticancéreuse in vivo des sphères creuses de nitrure de bore.

Résumé

Le nitrure de bore est un excellent matériau inorganique non métallique qui peut exister sous quatre structures cristallines différentes, dont les plus courantes sont le nitrure de bore hexagonal (h-BN) et le nitrure de bore cubique (c-BN). Ces dernières années, les matériaux h-BN ont suscité un intérêt croissant en tant qu'analogues structuraux du graphène, en raison de leur biocompatibilité et de leur stabilité chimique supérieures, ce qui laisse entrevoir un potentiel pour remplacer les nanostructures de carbone dans les applications biomédicales. Grâce à sa structure et à ses propriétés uniques, le nitrure de bore offre un très large éventail d'applications. Cependant, la recherche sur le nitrure de bore dans le domaine biomédical est encore à ses débuts et mérite d'être approfondie.