De minuscules bulles peuvent résoudre de gros problèmes. Les microbulles, d'environ 1 à 50 micromètres de diamètre, ont de nombreuses applications. Ils sont utilisés pour l'administration de médicaments, nettoyage des membranes, contrôle du biofilm, et traitement de l'eau. Ils ont été appliqués comme actionneurs dans des dispositifs de laboratoire sur puce pour le mélange microfluidique, impression jet d'encre, et des circuits logiques, et en photonique lithographie et résonateurs optiques. Et ils ont remarquablement contribué à l'imagerie biomédicale et à des applications telles que le piégeage et la manipulation de l'ADN.

Compte tenu de la large gamme d'applications pour les microbulles, de nombreuses méthodes pour les générer ont été développées, y compris la compression du flux d'air pour dissoudre l'air dans le liquide, ultrasons pour induire des bulles dans l'eau, et des impulsions laser pour exposer des substrats immergés dans des liquides. Cependant, ces bulles ont tendance à être dispersées au hasard dans un liquide et plutôt instables.

Selon Baohua Jia, professeur et directeur fondateur du Center for Translational Atomaterials de l'Université de technologie de Swinburne, "Pour les applications nécessitant une position et une taille précises des bulles, ainsi qu'une grande stabilité - par exemple, dans les applications photoniques telles que l'imagerie et le piégeage - création de bulles à des positions précises avec un volume contrôlable, courbure, et la stabilité est essentielle." Jia explique que, pour l'intégration dans des plateformes biologiques ou photoniques, il est hautement souhaitable d'avoir des microbulles bien contrôlées et stables fabriquées en utilisant une technique compatible avec les technologies de traitement actuelles.

Ballons en graphène

Jia et ses collègues chercheurs de l'Université de technologie de Swinburne se sont récemment associés à des chercheurs de l'Université nationale de Singapour, Université Rutgers, Université de Melbourne, et l'Université Monash, développer une méthode pour générer des microbulles de graphène contrôlées avec précision sur une surface de verre à l'aide d'impulsions laser. Leur rapport est publié dans la revue à comité de lecture, revue en libre accès, Photonique avancée .

Le groupe a utilisé des matériaux d'oxyde de graphène, qui se composent d'un film de graphène décoré de groupes fonctionnels oxygène. Les gaz ne peuvent pas pénétrer à travers les matériaux d'oxyde de graphène, les chercheurs ont donc utilisé le laser pour irradier localement le film d'oxyde de graphène afin de générer des gaz à encapsuler à l'intérieur du film pour former des microbulles, comme des ballons. Han Lin, Chercheur principal à l'Université de Swinburne et premier auteur de l'article, explique, "De cette façon, les positions des microbulles peuvent être bien contrôlées par le laser, et les microbulles peuvent être créées et éliminées à volonté. En attendant, la quantité de gaz peut être contrôlée par la zone d'irradiation et la puissance d'irradiation. Par conséquent, une haute précision peut être atteinte."

Une telle bulle de haute qualité peut être utilisée pour des dispositifs optoélectroniques et micromécaniques avancés avec des exigences de haute précision.

Les chercheurs ont découvert que la grande uniformité des films d'oxyde de graphène crée des microbulles avec une courbure sphérique parfaite qui peuvent être utilisées comme lentilles réfléchissantes concaves. Comme vitrine, ils ont utilisé les lentilles réfléchissantes concaves pour focaliser la lumière. L'équipe rapporte que l'objectif présente un point focal de haute qualité dans un très bon état et peut être utilisé comme source de lumière pour l'imagerie microscopique.

Lin explique que les lentilles réfléchissantes sont également capables de focaliser la lumière à différentes longueurs d'onde au même point focal sans aberration chromatique. L'équipe démontre la focalisation d'une lumière blanche à très large bande, couvrant la gamme visible à proche infrarouge, avec la même haute performance, ce qui est particulièrement utile en microscopie compacte et en spectroscopie.

Jia remarque que la recherche fournit "une voie pour générer à volonté des microbulles hautement contrôlées et l'intégration de microbulles de graphène en tant que composants nanophotoniques dynamiques et de haute précision pour les dispositifs de laboratoire sur puce miniaturisés, ainsi que de larges applications potentielles en spectroscopie haute résolution et en imagerie médicale."