Dans le monde minuscule de la nanotechnologie, les grands pas sont rares. Mais un développement récent a le potentiel d'améliorer considérablement nos vies :un moteur mesurant 200 milliardièmes de mètre, qui pourraient alimenter de minuscules robots pour combattre les maladies dans les cellules vivantes.

La vie elle-même est la preuve de l'extrême efficacité de la nanotechnologie - la manipulation de la matière à l'échelle moléculaire ou atomique - dans laquelle l'ADN, les protéines et les enzymes peuvent toutes être considérées comme des machines. En réalité, des chercheurs ont réussi à fabriquer des micro-hélices en utilisant de minuscules brins d'ADN. Ces brins peuvent être cousus ensemble si librement et précisément que la pratique est connue sous le nom d'"origami ADN". Cependant, L'origami ADN manque de force et de vitesse opérationnelle (cela prend un temps mesurable en secondes), réduire sa fonction robotique.

Mais nous avons maintenant produit des nano-moteurs qui peuvent fonctionner avec des faisceaux lumineux pour faire fonctionner des pistons, pompes et vannes. Fabriqué à partir de nanoparticules d'or liées entre elles par un produit chimique sensible à la chaleur, nos machines sont solides, rapide et simple à utiliser, ce qui les rend extrêmement pratiques pour les applications futures.

L'un des plus gros problèmes lorsqu'il s'agit de technologies minuscules est la nécessité de créer une force puissante pour un objet à l'échelle nanométrique. Si vous pensez à un humain se déplaçant dans l'eau, leurs mouvements ne sont que légèrement restreints et l'eau est fluide. Mais imaginez ce qui se passerait si cette personne rétrécissait à une taille cent mille fois plus petite qu'une fourmi. L'eau serait incroyablement visqueuse. Afin de pouvoir se déplacer facilement à l'échelle nanométrique, une "nanopersonne" aurait besoin d'exercer une force énorme pour sa taille. L'image d'une fourmi, capable de soulever plusieurs fois son propre poids, vient à l'esprit. D'où le nom de notre découverte :actionner des nano-transducteurs – ou ANT.

Les ANT sont constitués de nanoparticules d'or liées par un matériau thermosensible. À température ambiante, le matériau de liaison est détendu et peut être rempli d'eau, qui séparent les nanoparticules. Chauffé de quelques degrés à l'aide d'un laser, le matériau se contracte en une coque mince, rapprocher les nanoparticules et expulser l'eau. Puis en refroidissant à nouveau, l'eau revient et repousse les nanoparticules avec une force énorme. Les fourmis agissent comme un ressort minuscule mais puissant, stocker et libérer de grandes quantités d'énergie élastique à grande vitesse.

La clé du développement des ANT était l'utilisation de la lumière laser. En choisissant la bonne couleur de lumière pour la bonne taille de nanoparticules (en l'occurrence la lumière verte pour les nanoparticules d'or) il est possible de les chauffer très rapidement. Dans la noirceur, parce qu'ils sont si petits, les nanoparticules refroidissent également très rapidement. Les ANT peuvent alors fonctionner en une microseconde. De la même manière que la lumière peut chauffer l'eau pour alimenter les moteurs à vapeur, nous pouvons utiliser la lumière pour construire un piston pour les moteurs à l'échelle nanométrique.

Explosion des fourmis

"C'est comme une explosion, " explique Tao Ding du laboratoire Cavendish de Cambridge :" Nous avons des centaines de boules d'or qui s'envolent en un millionième de seconde lorsque les molécules d'eau gonflent les polymères qui les entourent. "

Une application évidente de cette nouvelle avancée sera dans la pratique de la microfluidique, qui permettent à un laboratoire chimique entier d'exister sur une puce. Cela permet la fabrication de produits pharmaceutiques et l'analyse de produits chimiques avec une très grande précision. Cependant, la microfluidique a été limitée par le besoin d'équipements d'exploitation encombrants tels que des pompes et des vannes qui doivent être physiquement connectées avec des tuyaux à la puce.

Les nouvelles ANT peuvent être utilisées comme de minuscules pompes et valves dispersées dans la puce microfluidique elle-même et actionnées par de petits faisceaux de lumière sans avoir besoin d'aucune connexion physique. Plus, la taille des ANT (200-400nm) est similaire à la taille des plus petits spots dans lesquels nous pouvons focaliser la lumière, qui optimise la technologie. L'utilisation des ANT permettrait des conceptions microfluidiques beaucoup plus complexes dans les prochaines années.

Nous envisageons également, sur la même échelle de temps, d'utiliser des ANT pour produire des pistons et éventuellement des moteurs à l'échelle nanométrique, en limitant le mouvement des ANT à une seule direction. À l'avenir, de tels moteurs pourraient nous permettre de fabriquer des matériaux spécifiques, et éventuellement même des voitures et des maisons, en plus de fournir la puissance nécessaire aux nano-moteurs pour faire fonctionner les nano-robots à l'intérieur des cellules vivantes. De petits pas pour les fourmis pourraient signifier de grands pas pour les humains.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.