Une clé ou un tournevis de taille unique est utile pour certains travaux, mais pour un projet plus compliqué, vous avez besoin d'un ensemble d'outils de différentes tailles. Suivant ce principe directeur, des chercheurs de l'Institut national des normes et de la technologie ont conçu un dispositif fluidique à l'échelle nanométrique qui fonctionne comme un "multi-outil" miniature pour travailler avec des nanoparticules - des objets dont les dimensions sont mesurées en nanomètres, ou des milliardièmes de mètre.

Introduit pour la première fois en mars 2009 (voir "NIST-Cornell Team Builds World's First Nanofluidic Device with Complex 3-D Surfaces", le dispositif consiste en une chambre avec un « escalier » en cascade de 30 canaux nanofluidiques dont la profondeur varie d'environ 80 nanomètres en haut à environ 620 nanomètres (légèrement plus petit qu'une bactérie moyenne) en bas. Chacune des nombreuses « marches » de l'escalier fournit un autre « outil » d'une taille différente pour manipuler les nanoparticules selon une méthode similaire à la façon dont un trieur de pièces sépare les nickels, dix sous et quarts.

Dans un nouvel article de la revue Laboratoire sur puce , l'équipe de recherche du NIST démontre que l'appareil peut effectuer avec succès la première d'une série planifiée de tâches à l'échelle nanométrique :séparer et mesurer un mélange de nanoparticules sphériques de différentes tailles (allant d'environ 80 à 250 nanomètres de diamètre) dispersées dans une solution. Les chercheurs ont utilisé l'électrophorèse - la méthode consistant à déplacer des particules chargées à travers une solution en les forçant vers l'avant avec un champ électrique appliqué - pour conduire les nanoparticules de l'extrémité profonde de la chambre à travers l'appareil dans les canaux de moins en moins profonds. Les nanoparticules ont été marquées avec un colorant fluorescent afin que leurs mouvements puissent être suivis au microscope.

Comme prévu, les plus grosses particules se sont arrêtées lorsqu'elles ont atteint les marches de l'escalier avec des profondeurs correspondant à leurs diamètres d'environ 220 nanomètres. Les plus petites particules se sont déplacées jusqu'à ce qu'elles, trop, ont été empêchés de se déplacer dans des canaux moins profonds à des profondeurs d'environ 110 nanomètres. Parce que les particules étaient visibles comme des points de lumière fluorescents, la position dans la chambre où chaque particule individuelle a été arrêtée pourrait être mappée à la profondeur de canal correspondante. Cela a permis aux chercheurs de mesurer la distribution des tailles de nanoparticules et de valider l'utilité du dispositif à la fois comme outil de séparation et matériau de référence. Intégré dans une puce électronique, le dispositif pourrait permettre le tri de mélanges complexes de nanoparticules, sans observation, pour une application ultérieure. Cette approche pourrait s'avérer plus rapide et plus économique que les méthodes conventionnelles de préparation et de caractérisation d'échantillons de nanoparticules.

L'équipe du NIST prévoit de concevoir des dispositifs nanofluidiques optimisés pour différentes applications de tri de nanoparticules. Ces dispositifs pourraient être fabriqués avec une résolution sur mesure (en augmentant ou en diminuant la taille de pas des canaux), sur une plage particulière de tailles de particules (en augmentant ou en diminuant les profondeurs maximales et minimales des canaux), et pour des matériaux sélectionnés (en conformant la chimie de surface des canaux pour optimiser l'interaction avec une substance spécifique). Les chercheurs souhaitent également déterminer si leur technique pourrait être utilisée pour séparer des mélanges de nanoparticules de tailles similaires mais de formes différentes, par exemple, mélanges de tubes et de sphères.