De minuscules sphères automotrices, ne mesurant que des micromètres, se déplacent plus rapidement sur une surface en silicone hydrophobe que sur du verre hydrophile. "Presque personne n'avait réalisé que le substrat comptait, " dit Stefania Ketzetzi, le chercheur qui a découvert l'effet, l'a recherché et l'a expliqué. Elle publie à ce sujet dans la revue Lettres d'examen physique .

"C'était une découverte accidentelle, " dit Ketzetzi, une scientifique du groupe Daniela Kraft, qui fait des recherches sur les micronageurs. Ce sont de minuscules sphères colloïdales mesurant seulement des micromètres. La moitié de la sphère est recouverte d'une fine couche de platine.

Petites fusées

Lorsque ces particules sont en suspension dans une solution de peroxyde d'hydrogène, le platine agit comme un catalyseur. Il favorise la réaction chimique du peroxyde d'hydrogène en eau et en oxygène. La formation de produits de réaction sur un côté de la particule crée un écoulement de fluide qui propulse la particule comme une minuscule fusée. En raison de leur autopropulsion, elles sont appelées particules « actives ». Un jour, ils peuvent être appliqués comme pièces de moteur pour micro-robots.

"Je suis tombé sur l'effet substrat en travaillant sur un projet pour lequel j'avais besoin d'utiliser des verres enduits de polymère comme substrats, " dit Ketzetzi à propos de la publication dans Lettres d'examen physique . "Ces substrats étaient très hydrophiles. J'ai remarqué que les mêmes nageurs se déplaçaient beaucoup plus lentement. Pourquoi ?" Avec le chef de groupe Kraft, elle a décidé d'enquêter.

Silicone

Les chercheurs ont vérifié systématiquement si les charges électriques des substrats comptaient pour la vitesse, mais cela n'a pas donné de résultat clair. La rugosité des substrats n'a pas non plus donné de corrélation. Puis, ils ont décidé de tester des substrats d'hydrophobie variable :le polydiméthylsiloxane hydrophobe ('silicones') versus le verre et le polyéthylène hydrophile. Il s'avère que la glissance du substrat fait une différence pour les vitesses de propulsion :les minuscules fusées ont atteint une vitesse de 2,8 micromètres par seconde sur des silicones, contre 1 micromètre par seconde sur les autres substrats.

Une mesure de l'hydrophobie est l'angle de contact, l'angle que fait la surface d'une goutte d'eau avec une surface solide. Sur substrats hydrophiles, les gouttes s'étalent largement et l'angle de contact est petit. Sur substrats hydrophobes, l'angle de contact est plus grand, généralement plus de 90 degrés. Les chercheurs ont découvert que pour des angles de contact similaires, les vitesses étaient également similaires, tandis qu'un angle de contact plus élevé signifie également une vitesse plus élevée.

Une explication a été trouvée avec l'aide du physicien théoricien Joost de Graaf de l'Université d'Utrecht. L'angle de contact de la solution sur le substrat est lié au caractère glissant du substrat. Plus l'angle de contact est grand, plus le substrat est glissant, et ainsi le plus facile pour le fluide de s'écouler le long de celui-ci.

Glissance

"Il s'avère que la glissance du substrat fait une différence pour les vitesses de propulsion, " dit Ketzetzi. La propulsion vient des écoulements de fluide autour de la particule. Lorsqu'une particule se déplace sur un substrat, une partie de ces flux s'écoulera entre la particule et la surface. Ce sera plus facile sur glissant, surfaces hydrophobes.

D'autre part, Ketzetzi dit, s'écoulant sur des surfaces hydrophiles, l'eau ressent plus de résistance, les flux de propulsion ont donc plus de mal à se déplacer entre la particule et la surface. Cela gênera la propulsion du colloïde, ce qui entraîne des nageurs plus lents sur des surfaces hydrophiles.

L'étape suivante, Ketzetzi dit, est d'étudier comment l'utiliser. On pourrait penser à des applications comme le laboratoire sur puce, un laboratoire chimique miniature, ou de délivrance de médicaments, où les médicaments sont ciblés et délivrés à des endroits particuliers du corps. Ketzetzi :« Dans les applications, les nageurs devront s'autopropulser dans des environnements complexes avec des murs et des obstacles de confinement. Il est important de comprendre l'effet que ceux-ci ont sur le nageur. En utilisant ces nouvelles connaissances, nous pouvons comprendre et éventuellement contrôler le comportement des micronageurs."