Une équipe de chercheurs de l'Université de Saint Andrews vient de mettre au point un aimant utilisant de la lumière pour attirer ou rejeter des éléments microscopiques, comme des cellules. Un dispositif encore au stade de prototype mais dont les champs d'applications promettent d'être larges.

"Nous sommes comme attirés par un aimant laser !" Cette fameuse phrase de Han Solo, pilote du faucon Millenium s'approchant de l'Étoile de la Mort dans la Guerre des étoiles résume dans l'infiniment grand ce que vient de réaliser pour l'infiniment petit l'équipe du Docteur Tomas Cizmar, de l'École de Médecine de l'Université de Saint Andrews.

Citée par le site de la BBC et parue dans la revue Nature Photonics, la prouesse de l'équipe du Dr Cizmar se matérialise par une sorte d'aimant qui utilise la lumière, se focalise sur une cellule et parvient à l'attirer et à la conduire sur un "champ lumineux". Cet "aimant de lumière" réalise ainsi l'inverse de ce qu'avait découvert Johannes Kepler au XVIIème siècle. L'astronome allemand avait remarqué, à cette époque, que la queue d'une comète était toujours située à l’opposé du soleil.

"C'est surprenant. Ce n'est que lorsque nous avons observé dans le détail ce qu'il [l'aimant de lumière] faisait, que nous avons vu qu'il se passait l'inverse de ce que nous pensions", explique le Dr Cizmar. "Les domaines d'applications vont être très stimulants. Dans son utilisation, l'aimant est très sélectif vis à vis des propriétés des particules sur lesquels il agit, donc on peut des particules spécifiques dans un mélange. Ceci pourrait par exemple être utilisé pour séparer les globules blancs du plasma sanguin", avance-t-il.

Un moteur moléculaire électrique vient d'être créé par des chercheurs de l'Université Tufts (Etats-Unis). C'est la première fois qu'un moteur moléculaire alimenté par de l'électricité est fabriqué. Jusqu'à présent, les moteurs moléculaires étaient alimentés à la lumière, ou via modification de paramètres chimique, comme l'acidité par exemple.

Le moteur se compose d'une molécule de butyle sulfure de méthyle. Laquelle est capable de tourner dans un sens, ou bien dans l'autre, selon le courant qu'il reçoit.

Evidemment, ce moteur est minuscule : il est si petit qu'il mesure à peine un nanomètre (soit 1 milliardème de mètre). Ce qui en fait le moteur électrique... le plus petit du monde !

Le courant est envoyé au moteur sous forme d'un flux d'électrons émis par un microscope à balayage, fonctionnant à très basse température.

Le moteur pourrait notamment déboucher sur des applications médicales. Mais avant, les chercheurs doivent parvenir à faire fonctionner ce moteur... à température ambiante.

Ces travaux, dirigés par le chimiste Charles Sykes, ont fait l'objet d'une publication dans la revue Nature Technology du 4 février 2011.

Si vous désirez en savoir plus, voici une vidéo (en anglais), produite par le chimiste Charles Sykes et ses collègues, qui permet de mieux comprendre le fonctionnement de ce moteur .

Comment manipuler, sans les toucher, des objets dont la taille n'excède pas quelques nanomètres ? A l'évidence, il s'agit d'une question cruciale pour les biologistes. En effet, pouvoir manipuler efficacement d'aussi petits objets permettrait par exemple de pouvoir examiner à loisir la structure et le fonctionnement de toutes sortes de molécules (pour donner une échelle de grandeur, il faut savoir que les protéines, qui sont souvent de grosses molécules, ont par exemple une taille moyenne de 10 nanomètres).

Pour parvenir à manipuler ces nano-objets, les chercheurs ont développé au cours de ces denières années plusieurs techniques, dites de "micromanipulation". Parmi elles, il y a la pince optique. Le principe ? Un faisceau de lumière est diffusé en direction de l'objet à manipuler : ce faisceau de lumière crée un champ magnétique qui attire et "piège" l'objet à déplacer. En déplacant le faisceau de lumière, l'objet ainsi capturé peut alors également être déplacé.

S'affranchir des contraintes physiques de la lumière visible

Problème : jusqu'ici, les pinces optiques ne permettaient pas de manipuler des objets dont la taille n'était que de quelques nanomètres. En effet, afin de permettre aux chercheurs de voir les nano-objets qu'ils sont en train de manipuler, les pinces optiques utilisent un faisceau de lumière appartenant au spectre visible, c'est-à-dire dont la longueur d'onde est située entre 400 et 700 nm. Or, du fait d'un phénomène physique appelé "limite de la diffraction", le plus petit espace dans lequel une pince optique peut piéger une particule est égal à la moitié de la longueur d'onde utilisée. Ce qui correspond, dans le cas d'un faisceau de lumière appartenant au spectre visible, à un espace qui ne pourra pas être plus petit que 200 nm. Soit un espace encore beaucoup trop grand pour manipuler avec précision des objets dont la taille n'est que de quelques nanomètres.

Pour parvenir à manipuler des objets de quelques nanomètres seulement, tels des protéines par exemple, deux chercheurs américains de l'Université de Stanford (Californie, États-Unis) ont conçu une pince optique, dont le mode de conception inédit permet actuellement de manipuler des objets dont la taille est de 10 nm. Un outil qui, selon ses deux concepteurs, pourrait même permettre de manipuler des objets dont la taille serait de 2 nm seulement au terme de quelques améliorations techniques complémentaires.

Le recours à la plasmonique

Quel est le secret de cette pince optique inédite ? Son principe repose sur l'utilisation de la plasmonique, une technologie qui permet de contourner le phénomène de la limite de diffraction, en transformant un faisceau de lumière visible, dont la longueur d'onde est donc relativement élevée (400 à 700 nm), en ondes électromagnétiques dites "plasmon-polaritons", dont les longueurs d'onde sont beaucoup plus courtes. Ce qui permet alors de piéger des objets dont la taille ne dépasse pas les 10 nm.

Pour parvenir à transformer le flux de lumière visible en plasmon-polaritons, les deux chercheurs ont conçu un dispositif constitué de deux couches d'argent séparées par une couche de dioxyde de silicium : en bombardant ce dispositif avec un flux de lumière visible, il y a création d'une onde de type plasmon-polaritons, ce qui permet alors de piéger, dans le champ magnétique ainsi créé, des particules d'une dizaine de nanomètres. Et donc de les manipuler à loisir, tout en les observant grâce à la présence du flux de lumière visible...

Et ce n'est pas tout. Car la taille des objets susceptibles d'être manipulés par le dispositif des deux scientifiques américains pourrait même descendre... à 2 nm. En effet, les deux chercheurs disent avoir démontré que leur dispositif était théoriquement capable de piéger des objets d'une telle taille.

Selon les chercheurs, les potentialités de ce nouveau dispositif pourraient trouver des applications dans des champs aussi variés que la pharmacologie, la biologie ou encore la génomique.

Découverts au début du 20e siècle, les rayons de la fréquence des Terahertz sont utilisés depuis une quinzaine d'années par les acteurs de la sécurité pour leur capacité à détecter non seulement toutes sortes d'armes (même non métalliques), mais aussi des explosifs ou des agents chimiques et bactériologiques.

Souvent appelés "rayons T", les rayons Terahertz appartiennent à une région du spectre électromagnétique située entre les micro-ondes et les infra-rouges : leurs fréquences s’étendent de 0,1 à 30Thz (1 térahertz équivaut à 10E12 Hertz). Capables de traverser un très grand nombre de matériaux, comme les vêtements, le papier ou le béton, ces ondes ne sont stoppées que par les molécules d’eau (ce qui leur permet par exemple de repérer un individu situé derrière une paroi), ainsi que par la plupart des matières métalliques.

Avantage majeur des rayons Terahertz : contrairement aux rayons X, trop nocifs pour être utilisés sur des individus, ils peuvent être dirigés sur l'homme car ils sont non-ionisants (c’est à dire que leur énergie n’est pas suffisante pour arracher un électron à un atome), ce qui les rend totalement inoffensifs.

Toutefois, malgré tous les atouts dont ils disposent, les rayons T souffrent d'un handicap de taille : les dispositifs capables de les produire et de les traiter ont une taille imposante, ce qui les rend au final très peu maniables.

Des émetteurs de rayons Terahertz embarqués sur des terminaux mobiles

Mais les travaux menés par deux ingénieurs du California Institute of Technology (Californie, États-Unis) pourraient bien venir changer la donne. Et pour cause, car ces deux scientifiques ont réussi à fabriquer une micropuce de silicium capable d'émettre des rayons T très puissants. Une puce qui, de surcroît, offre la possibilité à son utilisateur de pouvoir pointer le rayon dans une direction donnée.

La possibilité de recourir à une micropuce pour émettre des rayons T ouvre la possibilité d'embarquer les rayons T dans des dispositifs mobiles de taille réduite, comme par exemple, si cela est un jour jugé pertinent par les acteurs économiques, dans les smartphones.

Pour construire cette micropuce, Ali Hajimiri et Kaushik Sengupta ont utilisé un semi-conducteur appelé CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), un matériau couramment utilisé par l'industrie pour fabriquer des puces électroniques.

Le travail des deux ingénieurs est publié dans l'édition de décembre 2012 du Journal of Solid-State Circuits, sous le titre "A 0.28 THz Power-Generation and Beam-Steering Array in CMOS Based on Distributed Active Radiators".

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=AJ7fMVp_O5s

Des chercheurs de l’Université d’Aoyama Gakuin au Japon sont parvenus à guider un disque de graphite uniquement grâce à un laser.

Posé sur une plaque d’aimants, un disque de graphite, matériau connu pour son paramagnétisme   peut ainsi être déplacé en pointant un laser sur l’un de ses bords. « Le mouvement optique est entraîné par les changements provoqués photothermiquement dans la sensibilité magnétique du graphite », expliquent les chercheurs.

Par ailleurs, selon les scientifiques, « le disque de graphite en lévitation tourne à plus de 200 tours par minute sous la lumière du soleil, rendant possible le développement d’un nouveau type système de conversion de l’énergie lumineuse ».