Cultivé comme un flocon de neige et affûté à la machine à coudre, un nouveau dispositif conçu par des chercheurs de la Kansas State University pourrait profiter aux professionnels du domaine biomédical et aux patients qu'ils servent pendant les procédures de greffe d'électrodes et d'organes.

L'appareil utilise des nanofils d'or et a été développé par Bret Flanders, professeur agrégé de physique, et Govind Paneru, ancien assistant de recherche diplômé en physique, pour manipuler et détecter les caractéristiques des cellules individuelles dans les procédures médicales. Les nanofils d'or sont 1, 000 fois plus petit qu'un cheveu humain.

"Outils chirurgicaux conventionnels, y compris les électrodes implantées dans les tissus humains, sont défavorablement volumineux au niveau cellulaire, " A déclaré Flanders. " Le travail au niveau cellulaire individuel est d'une importance croissante dans des domaines tels que la neurochirurgie. Potentiellement, cet appareil élégant, fabriqué à partir de nanofils d'or, pourrait s'approcher et faire le travail."

Flanders a déclaré que la taille des nanofils est ce qui rend leur appareil si unique.

Chaque fil mesure moins de 100 nanomètres de diamètre. Les cellules de la peau et des cheveux ont un diamètre d'environ 10 à 20 micromètres, tandis que les globules rouges mesurent environ 7 micromètres. Parce que le fil est si petit, il peut percer une cellule biologique pour stimuler la membrane cellulaire et étudier son intérieur.

Les nanofils sont développés électrochimiquement, ce qui signifie qu'ils ne se développent pas par un allongement ou un élargissement d'un fil existant, mais plutôt en accumulant les particules de la solution dans un nouveau fil.

Dans les séquences vidéo fortement zoomées, le nanofil semble sortir de l'électrode d'une épaisseur micrométrique. Réellement, le nanofil se forme de la même manière qu'un flocon de neige est assemblé dans le ciel lorsque les molécules de vapeur d'eau dans l'air se condensent à la surface du pollen ou de la poussière et se développent de manière non uniforme jusqu'à ce qu'elles deviennent un flocon de neige reconnaissable.

"Nous commençons avec une microélectrode pointue sur une platine de microscope, " Flanders a dit. " Semblable à la formation de flocon de neige, les atomes d'or se condensent sur sa pointe acérée. Comme l'eau qui se condense sur la graine du flocon de neige, la solution dorée se condense sur la graine d'or, ' ou la microélectrode."

Les chercheurs ont développé des électrodes tranchantes avec un outil non conventionnel que l'on ne trouve pas dans de nombreux laboratoires :une machine à coudre.

"C'est comme mettre le fil dans un taille-crayon, où tu tournes la manivelle pour l'affûter, sauf que nous ne le faisons pas mécaniquement avec un taille-crayon - nous le faisons avec une solution saline commune et une machine à coudre, " a déclaré Flanders. " Cela s'est avéré être l'approche qui a le mieux fonctionné, et la machine à coudre ne coûtait que 10 $ à l'Armée du Salut."

La machine à coudre fait osciller la microélectrode de haut en bas dans un bécher de solution de chlorure de potassium. L'application d'une tension dissout la pointe de la microélectrode.

"Le processus affûte l'électrode car la pointe est dans la solution plus longtemps que tout autre point, " dit la Flandre. " Si on ne faisait pas osciller le fil, tout le fil se dissoudrait. Au lieu, tremper la pointe dedans et dehors provoque la dissolution maximale de la pointe, l'aiguisant ainsi."

L'électrode affûtée permet au nanofil de croître. Les chercheurs démontent ensuite le nanofil de l'électrode et l'expédient à des collaborateurs à travers le pays, y compris une entreprise de nanofabrication qui peut incorporer l'invention dans un dispositif préexistant pour lui fournir une plus grande puissance.

La recherche a récemment été publiée dans des revues Lettres de physique appliquée et Nanotechnologie , et a été présenté aux réunions de la Materials Research Society et de l'American Physical Society.