Un doctorant en science des matériaux à la Technische Universitat Darmstadt fabrique des nanotubes d'or multifonctionnels, à l'aide de vitamine C et d'autres substances inoffensives.
Café, jus de pomme, et vitamine C :les choses que les gens ingèrent tous les jours sont du matériel expérimental pour la chimiste Eva-Maria Felix. Le doctorant du groupe de recherche du professeur Wolfgang Ensinger du Département d'analyse des matériaux travaille à la fabrication de nanotubes d'or. Elle précipite le métal précieux d'une solution aqueuse sur un film prétraité avec de nombreux petits canaux. Le métal sur les parois des canaux adopte la forme de nanotubes; le film est ensuite dissous. La technique en elle-même n'est pas nouvelle, mais Felix l'a modifié :"Les produits chimiques qui sont habituellement utilisés pour cela étaient tout simplement trop toxiques pour moi." Elle a préféré ne pas utiliser de cyanure, formaldéhyde, l'arsenic et les sels de métaux lourds. Elle s'est inspirée d'un article de journal rédigé par des chercheurs qui ont obtenu la précipitation de l'argent à l'aide de café.
Felix a également utilisé du café dans ses premières expériences. Elle a ensuite testé le jus de pomme, suivi de la vitamine C. Cela lui semblait le mieux adapté car "on ne sait jamais ce qu'il y a dans le café et le jus de pomme". D'autre part, La vitamine C - ou acide ascorbique - est disponible sous forme pure dans les magasins de produits chimiques - une exigence pour des études reproductibles. Mais qu'est-ce que la vitamine a à voir avec la précipitation de l'or ? Dans le corps humain, la vitamine C rend les radicaux libres inoffensifs en leur transférant des électrons. "La précipitation de l'or fonctionne selon le même principe. La seule différence est que la vitamine ne prend pas de radicaux, mais plutôt des ions d'or", explique Falk Münch, chercheur postdoctoral et directeur de thèse de Félix. Les ions d'or dissous dans le bain de précipitation se transforment en or métallique après avoir absorbé des électrons.
Supplémentaire, des produits chimiques inoffensifs sont nécessaires pour le processus. Mais la procédure est verte non seulement à cause des substances non toxiques, mais aussi parce qu'il se déroule à température ambiante et sans alimentation externe, économisant ainsi de l'énergie. Par ailleurs, contrairement à d'autres méthodes, aucun appareil coûteux n'est requis. Le film avec les nanocanaux est simplement placé dans le bain de précipitation. "Il est vraiment incroyable que des solutions aqueuses et des produits chimiques de base simples puissent produire des nanostructures aussi précises", déclare Münch.
"Green meets Nano" est une devise des chercheurs de la TU. La seule chose qui n'est pas verte dans la procédure est le film qui sert de modèle, note Ensinger. Bien que des tests avec des plastiques biosourcés soient déjà à l'ordre du jour, les films sont toujours constitués de polycarbonate également réalisé ou de polyéthylène téréphtalate (PET).
Afin de créer les canaux en plastique miniatures qui définissent la forme, un film rond est bombardé verticalement avec un faisceau d'ions. Chaque ion laisse une trace droite dans le film qui devient alors un petit trou, ou, vu au microscope :un canal qui est ensuite gravé. Son diamètre peut être réglé avec précision - jusqu'à bien moins de 100 nanomètres. Les nanotubes d'or sont ainsi plusieurs centaines de fois plus fins qu'un cheveu humain. Leur épaisseur de paroi dépend à la fois de la durée de précipitation et de la concentration en or de la solution d'origine. Une fois le film dissous, le résultat est - selon les conditions expérimentales - une collection de nanotubes individuels ou un réseau de centaines de milliers de tubes interconnectés.
Le nœud de la technique :un accélérateur d'ions est nécessaire pour générer un faisceau d'ions. Les scientifiques de la TU ont trouvé le partenaire idéal pour leurs recherches au GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research à la périphérie de Darmstadt; mais l'accélérateur à grande échelle du GSI n'était pas adapté à une utilisation commerciale ultérieure pour des raisons financières. Les scientifiques de la TU sont déjà à la recherche d'alternatives. Par exemple, une société aux États-Unis produit des films perforés de la même manière avec des accélérateurs plus petits. "Les films ne sont pas aussi bien définis que les nôtres, mais ils conviennent aussi", dit Münch. Par ailleurs, ils sont peu coûteux :un film de la taille d'une feuille de papier ne coûte que quelques euros. Ensinger dit que le prix de l'or n'est pas un facteur car les quantités requises sont faibles :« Avec 1 gramme d'or, nous pourrions fabriquer un nanotube pour littéralement chaque personne sur terre. » Bien qu'un seul tube ne soit utile à personne, peu de matériel est nécessaire pour les microcapteurs, réacteurs miniatures à flux continu, ou d'autres applications potentielles.
L'équipe d'Ensinger a déjà testé avec succès une utilisation des nanotubes d'or :ils sont adaptés à la construction de capteurs pour mesurer le peroxyde d'hydrogène. Ce produit chimique endommage les cellules nerveuses et joue apparemment un rôle dans les maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson. Un microcapteur capable de mesurer le peroxyde d'hydrogène dans le corps humain serait donc pratique aussi bien en recherche médicale qu'en diagnostic. La conversion du peroxyde d'hydrogène en eau, catalysé par l'or libère des électrons génère un courant électrique facilement mesurable. Les nanotubes d'or conduisent particulièrement bien l'électricité en raison de leur structure unidimensionnelle. En outre, elles sont relativement longues et sont donc plus durables que les nanoparticules normales.
"Nano meets Life" est la deuxième devise des chercheurs de la TU Materials Science. Par exemple, ils envisagent également d'utiliser les nanotubes pour mesurer la glycémie. « Un capteur sous-cutané pourrait éviter aux patients diabétiques de se piquer les doigts en permanence », pense Ensinger. La méthode de production verte présente également des avantages ici, car les composants de ces implants doivent être produits avec le moins de produits chimiques toxiques possible. "Cela boucle la boucle", dit le professeur TU, combinant les deux devises :"Le vert rencontre le nano rencontre la vie".
