Des scientifiques suisses de l'ETH Zurich ont développé un thermomètre au moins 100 fois plus sensible que les capteurs de température précédents. Il se compose d'un matériau hybride biosynthétique de cellules de tabac et de nanotubes.
Les humains ont été inspirés par la nature depuis la nuit des temps. Nous imitons la nature pour développer de nouvelles technologies, avec des exemples allant des machines aux produits pharmaceutiques en passant par les nouveaux matériaux. Les avions sont modelés sur les oiseaux et de nombreux médicaments ont leurs origines dans les plantes. Les chercheurs du Département de génie mécanique et des procédés sont allés plus loin :afin de développer un capteur de température extrêmement sensible, ils ont examiné de près les usines sensibles à la température. Cependant, ils n'imitaient pas les propriétés des plantes; au lieu, ils ont développé un matériau hybride qui contient, en plus des composants synthétiques, les cellules végétales elles-mêmes. "Nous laissons la nature faire le travail à notre place, " explique Chiara Daraio, Professeur de Mécanique et Matériaux.
Les scientifiques ont pu développer de loin le capteur de température le plus sensible :un module électronique qui modifie sa conductivité en fonction de la température. "Aucun autre capteur ne peut répondre à de si petites fluctuations de température avec des changements de conductivité aussi importants. Notre capteur réagit avec une réactivité au moins 100 fois supérieure par rapport aux meilleurs capteurs existants, " dit Raffaele Di Giacomo, un post-doc dans le groupe de Daraio.
L'eau est remplacée par des nanotubes
On sait depuis des décennies que les plantes ont la capacité extraordinaire d'enregistrer des différences de température extrêmement fines et d'y répondre par des changements dans la conductivité de leurs cellules. Ce faisant, les plantes sont meilleures que n'importe quel capteur artificiel jusqu'à présent.
Di Giacomo a expérimenté avec des cellules de tabac dans une culture cellulaire. "Nous nous sommes demandé comment nous pourrions transférer ces cellules dans un corps sans vie, matériau sec de manière à conserver ses propriétés thermosensibles, " raconte-t-il. Les scientifiques ont atteint leur objectif en faisant croître les cellules dans un milieu contenant de minuscules tubes de carbone. Ces nanotubes de carbone électriquement conducteurs formaient un réseau entre les cellules de tabac et étaient également capables de pénétrer les parois cellulaires. Lorsque Di Giacomo a séché le nanotube -cellules cultivées, il a découvert un boisé, matériau ferme qu'il appelle 'cyberwood'. Contrairement au bois, ce matériau est électriquement conducteur grâce aux nanotubes, et il est intéressant de noter que la conductivité dépend de la température et est extrêmement sensible, tout comme dans les cellules vivantes du tabac.
Écran tactile sans contact et caméras thermosensibles
Comme le montrent les expériences, le capteur cyberwood peut identifier les corps chauds même à distance; par exemple, une main approchant le capteur à une distance de quelques dizaines de centimètres. La conductivité du capteur dépend directement de la distance entre la main et le capteur.
Selon les scientifiques, le cyberwood pourrait être utilisé dans un large éventail d'applications; par exemple, dans le développement d'un « écran tactile sans contact » qui réagit aux gestes, avec les gestes enregistrés par plusieurs capteurs. Des caméras sensibles à la chaleur ou des appareils de vision nocturne pourraient également être concevables.
Agent épaississant pectine dans un rôle principal
Les scientifiques de l'ETH, avec un collaborateur de l'Université de Salerne, Italie, non seulement soumis les propriétés de leur nouveau matériau à un examen détaillé, ils ont également analysé les origines de leur comportement extraordinaire. Ils ont découvert que les pectines et les atomes chargés (ions) jouent un rôle clé dans la sensibilité à la température des cellules végétales vivantes et du cyberbois sec. Les pectines sont des molécules de sucre présentes dans les parois cellulaires végétales qui peuvent être réticulées, en fonction de la température, pour former un gel. Les ions calcium et magnésium sont tous deux présents dans ce gel. « Au fur et à mesure que la température monte, les maillons de la pectine se brisent, le gel devient plus doux, et les ions peuvent se déplacer plus librement, " explique Di Giacomo. En conséquence, le matériau conduit mieux l'électricité lorsque la température augmente.
Les scientifiques ont déposé une demande de brevet pour leur capteur. Dans les travaux en cours, ils le développent maintenant de manière à ce qu'il fonctionne sans cellules végétales, essentiellement avec seulement de la pectine et des ions. Leur objectif est de créer un environnement flexible, capteur transparent et même biocompatible avec la même sensibilité à ultra haute température. Un tel capteur pourrait être moulé dans des formes arbitraires et produit à un coût extrêmement bas. Cela ouvrira la porte à de nouvelles applications pour les capteurs thermiques dans les dispositifs biomédicaux, produits de consommation et caméras thermiques à bas prix.
