Un appareil capable d'identifier instantanément des liquides inconnus en fonction de leur tension de surface a été sélectionné pour recevoir le prix R&D 100 2013 - connu sous le nom d'"Oscar de l'innovation" - du magazine R&D.

Inventé en 2011 par une équipe de scientifiques des matériaux et de physiciens appliqués de la Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) et du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering à Harvard, le dispositif "Watermark Ink" (W-INK) offre un bon marché, vite, et portable pour effectuer des tests de contrôle de la qualité et détecter les contaminants liquides.

W-INK tient dans la paume d'une main et ne nécessite aucune source d'alimentation. Il exploite les propriétés chimiques et optiques de matériaux précisément nanostructurés pour distinguer les liquides par leur tension de surface.

Les lauréats des R&D 100 Awards sont sélectionnés par un jury indépendant et par les éditeurs de R&D Magazine, qui couvre les technologies de pointe et les innovations pour les chercheurs, ingénieurs, et des experts techniques du monde entier.

Maintenant dans leur 51e année, les R&D 100 Awards sont depuis longtemps une référence d'excellence pour des secteurs industriels aussi divers que les télécommunications, physique des hautes énergies, Logiciel, fabrication, et biotechnologie. Les R&D 100 Awards ont identifié de nouvelles technologies pionnières telles que le flashcube (1965), le distributeur automatique de billets (1973), la lampe halogène (1974), le télécopieur (1975), l'affichage à cristaux liquides (1980), le patch anti-tabac Nicoderm (1992), Taxol médicament anticancéreux (1993), laboratoire sur puce (1996), et TVHD (1998).

"Indicateurs colorimétriques visuels, comme le papier pH ou les tests de grossesse, ont connu un grand succès commercial car ils sont peu coûteux et exceptionnellement faciles à utiliser, " dit Joanna Aizenberg, qui est professeure Amy Smith Berylson en science des matériaux à Harvard SEAS et membre du corps professoral du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l'Université Harvard. "Notre technologie W-INK étend considérablement ce concept car elle peut détecter tous les liquides grâce à une conception intelligente, des opales codées chimiquement qui révèlent des opales faciles à reconnaître, motifs de couleurs structurelles macroscopiquement distinctes lors de l'évacuation du liquide.

Aizenberg dit qu'elle envisage un large éventail d'applications industrielles et grand public, par exemple, détecter les toxines dans un déversement de produits chimiques ; tester le taux d'alcool ou la qualité de l'essence, sucre ou caféine; ou la création d'ensembles pédagogiques simples et de jouets.

Le projet était une collaboration entre Aizenberg et Marko Lon?ar, Tiantsai Lin Professeur de génie électrique à SEAS.

C'est la deuxième fois consécutive que l'équipe d'Aizenberg remporte un R&D 100 Award. En 2012, son groupe de recherche a été reconnu pour son invention d'un matériau à très faible friction appelé SLIPS, pour "glissant, surfaces poreuses infusées de liquide." Inspiré de la plante pichet, SLIPS résiste aux liquides, la glace, et la saleté et pourrait être incorporé dans une large gamme de produits, des dispositifs médicaux aux réfrigérateurs.

"Ces prix R&D 100 témoignent du rôle de la pensée scientifique audacieuse et de la recherche appliquée dans la résolution des défis quotidiens - dans le cas de W-INK, améliorer le contrôle qualité et la sécurité, " dit Cherry A. Murray, Doyen de Harvard SEAS, John A. et Elizabeth S. Armstrong Professeur d'ingénierie et de sciences appliquées, et professeur de physique. "La technologie W-INK s'appuie sur les connaissances de la chimie, la science des matériaux, optique, auto-assemblage, et la nanotechnologie pour créer une puce d'une simplicité trompeuse avec le potentiel d'avoir un très grand impact. »

Le concept W-INK repose sur un matériau fabriqué avec précision appelé opale inverse, une structure en verre feuilleté avec un réseau interne de ordonné, pores d'air interconnectés. Semblable au papier tournesol utilisé dans les laboratoires de chimie du monde entier pour détecter le pH d'un liquide, le dispositif W-INK change de couleur lorsqu'il rencontre un liquide avec une tension de surface particulière. Une seule puce peut réagir différemment à un large éventail de substances; il est également suffisamment sensible pour faire la distinction entre deux liquides très proches.

Le traitement sélectif de parties de l'opale inverse avec des produits chimiques vaporisés et du plasma d'oxygène crée des variations dans les propriétés réactives des pores et des canaux, laisser passer un liquide tout en excluant les autres. Lorsque le bon liquide pénètre dans un pore, la puce réfléchit la lumière différemment, produisant un changement de couleur révélateur.

"C'est fantastique de voir Joanna et son équipe reconnues une fois de plus pour leur maîtrise du design bio-inspiré, " déclare le directeur fondateur de Wyss, Donald Ingber, qui est également professeur de bio-ingénierie à Harvard SEAS. "Les effets de lumière irisée des opales inverses se retrouvent dans toute la nature, des ailes de papillon aux coquilles d'huîtres - et W-INK exploite ces principes de conception dans un tout nouveau, manière innovante avec une pertinence immédiate pour la société."

Aizenberg et Lon?ar ont été rejoints dans la recherche initiale par Ian B. Burgess (qui était alors doctorant à Harvard SEAS et maintenant chercheur postdoctoral au Wyss Institute), Lidiya Mishchenko (étudiante diplômée à SEAS), Matthias Kolle (chercheur postdoctoral au SEAS), et Benjamin D. Hatton (un chercheur nommé au SEAS et un chercheur en développement technologique au Wyss Institute).

Les lauréats des R&D 100 Awards seront récompensés lors d'une cérémonie en novembre 2013.