Une équipe de recherche coréenne a développé une technologie qui permet le contrôle efficace des particules fines et des nanoplastiques, qui sont des causes majeures de toxicité humaine et de perturbations des écosystèmes. Cette technologie, qui permet un tri en temps réel, purification, et la concentration de nanoparticules invisibles à l'œil humain a un grand potentiel d'application, non seulement pour l'élimination des particules toxiques de l'environnement naturel, mais aussi pour éliminer les virus et détecter les protéines liées à la démence et les marqueurs de diagnostic du cancer. En raison de sa vaste gamme d'applications, cette technologie attire beaucoup d'attention dans les cercles scientifiques et universitaires.

L'équipe de recherche, dirigé par le Dr Yong-sang Ryu du Sensor System Research Center de la National Agenda Research Division de l'Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST), travailler avec une équipe dirigée par le Dr Sin-Doo Lee du Département de génie électrique et informatique de l'Université nationale de Séoul, a annoncé le développement d'une électrode nanogap capable de capturer des particules flottantes ultrafines aussi petites que 20 nanomètres (nm, 1/1000 de l'épaisseur d'un cheveu humain). L'équipe de recherche a utilisé l'électrode nouvellement développée dans des expériences réussies de concentration sélective et de positionnement de vésicules extracellulaires (exosomes), qui ont un potentiel dans le domaine du développement de médicaments et en tant que nouveaux marqueurs diagnostiques pour les protéines liées au cancer et à la démence.

Des chercheurs du monde entier étudient des techniques pour manipuler des particules de taille nanométrique sans les endommager. La technologie des pincettes optiques, qui a reçu le prix Nobel de physique en 2018, est représentatif de ces technologies. Cependant, il s'est avéré difficile d'aller au-delà de la manipulation/mesure individuelle au niveau des particules et de réaliser une commercialisation à grande échelle. Les chercheurs se sont heurtés à plusieurs reprises à des limitations techniques dans les mécanismes de mise à l'échelle pour la collecte, tri, purifier et concentrer les particules d'une taille de 100 nm ou moins; cependant, de tels mécanismes sont nécessaires pour fonctionner dans des environnements atmosphériques et aquatiques à grande échelle.

L'équipe de recherche conjointe KIST-SNU, grâce à la production de dispositifs centimétriques pour des expériences de concentration et de purification de particules, a pu surmonter ces limitations et a réussi à augmenter l'échelle des électrodes nanogap en prenant en sandwich un film isolant nanométrique entre deux électrodes dans un alignement vertical, permettant d'appliquer la technologie de la pince diélectrophorétique sur de grandes surfaces. La diélectrophorèse est une technologie dans laquelle des longueurs d'onde vibrant de plusieurs centaines à plusieurs milliers de fois par seconde sont appliquées à deux électrodes pour former une distribution de champ électrique non uniforme autour des électrodes. Les électrodes sont ensuite utilisées pour attirer ou repousser les particules au voisinage des nanogaps.

L'équipe de recherche conjointe a mené des expériences pour trouver des technologies qui pourraient utiliser des processus de semi-conducteurs universellement disponibles plutôt que des équipements coûteux existants. Au cours du processus d'expérimentation, l'équipe a découvert que la force diélectrophorétique produite par les électrodes d'un réseau vertical asymétrique à électrodes disposées était plus de 10 fois supérieure à celle d'un réseau conventionnel de nanogap aligné horizontalement. Cette découverte a simultanément résolu les problèmes de mise à l'échelle et réduit les coûts associés à la technologie nanogap. En utilisant la méthode de production de matrice d'électrodes horizontale conventionnelle, il est assez coûteux de produire suffisamment d'électrodes nanogap pour couvrir la surface d'un ongle. La nouvelle technologie de diélectrophorèse produit suffisamment d'électrodes nanogap pour couvrir la surface d'un disque LP à une fraction du coût.

La technologie nanogap vertical développée par l'équipe de recherche KIST permet de faire évoluer la technologie des électrodes nanogap, produire des électrodes nanogap dans de nombreuses formes et tailles, et réduit radicalement les coûts unitaires de production. En tant que tel, la technologie a un large éventail d'applications potentielles. Selon l'équipe de recherche, lorsqu'il est utilisé dans des filtres à air ou à eau, les électrodes nanogap peuvent fonctionner sous basse tension (comme celle d'une pile AA ordinaire) pour détecter et éliminer, en temps réel, diverses particules flottantes microscopiques telles que les poussières fines, nanoplastiques, virus, germes, et les bactéries.

Dr Eui-Sang Yu, l'auteur principal de l'étude, mentionné, « La réalisation a une application future pour le tri et la purification de particules de taille nanométrique, quel que soit le type de particule ou l'environnement."

Dr Yong-Sang Ryu du KIST, l'auteur correspondant de l'étude, ajoutée, "Nous espérons que l'étude pourra apporter une large contribution à la résolution de divers problèmes sociaux et améliorer la qualité générale de la vie humaine."