Des ingénieurs de l'Université Duke ont mis au point un système pour manipuler des particules approchant le minuscule diamètre de 2,5 nanomètres de l'ADN en utilisant des champs électriques induits par le son. Baptisées « nanopinces acoustoélectroniques, " la démarche propose un sans étiquette, méthode contrôlable dynamiquement pour déplacer et piéger des nanoparticules sur une grande surface. La technologie est prometteuse pour des applications dans des domaines allant de la physique de la matière condensée à la biomédecine.

La recherche paraît en ligne le 22 juin dans Communication Nature .

Le contrôle précis des nanoparticules est une capacité cruciale pour de nombreuses technologies émergentes. Par exemple, séparer les exosomes et d'autres minuscules molécules biologiques du sang pourrait conduire à de nouveaux types de tests de diagnostic pour la détection précoce des tumeurs et des maladies neurodégénératives. Placer des nanoparticules d'ingénierie dans un motif spécifique avant de les fixer en place peut aider à créer de nouveaux types de matériaux avec des propriétés hautement ajustables.

Depuis plus d'une décennie, Tony Jun Huang, le professeur distingué William Bevan de génie mécanique et de science des matériaux à Duke, a mis au point des systèmes de pinces acoustiques qui utilisent des ondes sonores pour manipuler les particules. Cependant, il devient difficile de faire bouger les choses avec le son lorsque leur profil tombe en dessous de celui de certains des plus petits virus.

« Bien que nous utilisions encore fondamentalement le son, nos nanopinces acoustoélectroniques utilisent un mécanisme très différent de ces technologies précédentes, " dit Joseph Rufo, un étudiant diplômé travaillant dans le laboratoire de Huang. "Maintenant, nous n'exploitons pas seulement les ondes acoustiques, mais des champs électriques ayant les propriétés des ondes acoustiques."

Au lieu d'utiliser des ondes sonores pour déplacer directement les nanoparticules, Huang, Rufo et Peiran Zhang, un post-doctorat dans le laboratoire de Huang, utiliser des ondes sonores pour créer des champs électriques qui fournissent la poussée. La nouvelle approche acoustoélectronique de la pince à épiler fonctionne en plaçant un substrat piézoélectrique - un matériau mince qui crée de l'électricité en réponse à une contrainte mécanique - sous une petite chambre remplie de liquide. Quatre transducteurs sont alignés sur les côtés de la chambre, qui envoient des ondes sonores dans le substrat piézoélectrique.

Ces ondes sonores rebondissent et interagissent les unes avec les autres pour créer un motif stable. Et parce que les ondes sonores créent des contraintes dans le substrat piézoélectrique, ils créent également des champs électriques. Ceux-ci se couplent aux ondes acoustiques d'une manière qui crée des motifs de champ électrique dans la chambre au-dessus.

"Les vibrations des ondes sonores font également alterner dynamiquement le champ électrique entre charges positives et négatives, " a déclaré Zhang. " Ce champ électrique alternatif polarise les nanoparticules dans le liquide, qui sert de poignée pour les manipuler."

Le résultat est un mécanisme qui mélange certaines des forces d'autres manipulateurs de nanoparticules. Parce que les nanopinces acoustoélectroniques induisent une réponse électromagnétique dans les nanomatériaux, les nanoparticules n'ont pas besoin d'être conductrices seules ou étiquetées avec un quelconque modificateur. Et parce que les motifs sont créés avec des ondes sonores, leurs positions et propriétés peuvent être modifiées rapidement et facilement pour créer une variété d'options.

Dans le proto, les chercheurs montrent des nanoparticules placées dans des motifs rayés et en damier. Ils poussent même des particules individuelles de manière arbitraire de manière dynamique, épeler des lettres telles que D, Toi, K et E. Les chercheurs démontrent ensuite que ces nano-motifs alignés peuvent être transférés sur des films secs à l'aide de nanoparticules délicates telles que des nanotubes de carbone, Protéines de 3,5 nanomètres et dextrane de 1,4 nanomètre souvent utilisés dans la recherche biomédicale. Et ils montrent que tout cela peut être accompli sur une zone de travail qui est des dizaines à des centaines de fois plus grande que les technologies de nanotweezing de pointe actuelles.