Les microscopes conventionnels produisent des images agrandies de petites structures ou d'objets à l'aide de la lumière. Les nanoparticules, cependant, sont si petites qu'elles absorbent ou diffusent à peine la lumière et, par conséquent, restent invisibles. Les résonateurs optiques augmentent l'interaction entre la lumière et les nanoparticules :Ils captent la lumière dans le plus petit espace en la réfléchissant des milliers de fois entre deux miroirs. Dans le cas où une nanoparticule se trouve dans le champ lumineux capturé, elle interagit des milliers de fois avec la lumière de sorte que le changement d'intensité lumineuse peut être mesuré. "Le champ lumineux a différentes intensités à différents points de l'espace. Cela permet de tirer des conclusions sur la position de la nanoparticule dans l'espace tridimensionnel", explique le Dr Larissa Kohler du Physikalisches Institut du KIT.

Le résonateur rend visibles les mouvements des nanoparticules

Et pas seulement :« Si une nanoparticule se trouve dans l'eau, elle entre en collision avec des molécules d'eau qui se déplacent dans des directions arbitraires en raison de l'énergie thermique. Ces collisions entraînent un déplacement aléatoire de la nanoparticule. Ce mouvement brownien peut désormais également être détecté », expliquent les experts. ajoute. "Jusqu'à présent, il était impossible pour un résonateur optique de suivre le mouvement d'une nanoparticule dans l'espace. Il était seulement possible de dire si la particule se trouvait ou non dans le champ lumineux", explique Kohler. Dans le nouveau résonateur Fabry-Pérot à base de fibres, des miroirs hautement réfléchissants sont situés aux extrémités des fibres de verre. Il nous permet de déduire le rayon hydrodynamique de la particule, c'est-à-dire l'épaisseur de l'eau entourant la particule, à partir de son mouvement tridimensionnel. Ceci est important car cette épaisseur modifie les propriétés de la nanoparticule. "Grâce à la coquille d'hydrate, il est possible de détecter des nanoparticules qui auraient été trop petites sans elle", explique Kohler. De plus, la coquille d'hydrate autour des protéines ou d'autres nanoparticules biologiques pourrait avoir un impact sur les processus biologiques.

Une application potentielle du résonateur peut être la détection de mouvement tridimensionnel avec une résolution temporelle élevée et la caractérisation des propriétés optiques de nanoparticules biologiques, telles que les protéines, l'origami d'ADN ou les virus. De cette manière, le capteur pourrait fournir des informations sur des processus biologiques encore inconnus. + Explorer plus loin

Suivre le mouvement d'une seule nanoparticule