Faire « imploser » des objets pour les réduire à la taille nanométrique. © Andrey Popov, Fotolia

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Rétrécir des objets à l'échelle nanométrique : les chercheurs du MIT l’ont fait !

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Comment rendre des objets 1.000 fois plus petits en quelques secondes ? Grâce à un laser et à un polymère présent dans les couches pour bébé. Une technique pas chère et accessible qui pourrait peut-être un jour vous permettre de bricoler vos micropuces à la maison.

Vous vous souvenez peut-être du film « Chérie, j'ai rétréci les gosses » sorti en 2002, dans lequel le professeur Wayne Szalinski invente un rayon laser capable de faire rétrécir les objets. La méthode présentée le 13 décembre dernier par le MIT dans le magazine Science n'est plus très loin de la fiction ; les chercheurs ont réussi à réduire des objets à l'échelle 1/1.000e grâce à la « fabrication implosive ».

Obtenir des nano-objets de forme complexe

La fabrication d'objets nanométriques restait jusqu'à présent très limitée. On sait graver des nanostructures par gravure lithographique, mais cela ne marche pas en 3D. On peut aussi imprimer des formes 3D par dépôt additif, mais cette technique est limitée au niveau des matériaux employés (plastique et polymères uniquement) et elle ne fonctionne que pour des formes autoportantes, comme une pyramide. Impossible d'obtenir ainsi une sphère creuse ou une chaîne liée. Pour dépasser ces contraintes, les chercheurs du MIT ont adapté une technique de microscopie, développée il y a quelques années, consistant à envelopper un tissu dans un gel expansif pour obtenir un grossissement du tissu et pouvoir l'observer avec un microscope classique. Il suffit alors d'inverser le processus pour obtenir une réduction.

Grâce à la fabrication implosive, on peut générer toutes sortes de formes complexes. © Daniel Oran et al, Science, 2018.

Comment faire « imploser » un objet en trois étapes ?

Le procédé comporte trois étapes. Un support fabriqué avec un hydrogel de polyacrylate, un polymère ultra-absorbant que l'on trouve dans les couches pour bébé, est plongé dans un bain de fluorescéine. Cette substance possède la propriété de se lier facilement avec l'hydrogel. Chaque molécule de fluorescéine est fixée à un endroit très précis grâce à un rayon laser pour dessiner le « plan 3D » de l'objet désiré. « Ces "ancres" vont permettre d'attacher à cet endroit toutes sortes de matériaux, comme un morceau ADN, un point quantique ou une nanoparticule d'or », explique Edward Boyden, professeur en technologie biologique et sciences cognitives au MIT. Et c'est là qu'intervient l'étape « magique » : on ajoute un acide sur l'hydrogel, qui va alors brutalement se déshydrater, ce qui provoque sa contraction. On peut ainsi diviser chaque dimension de l'objet par 10, soit une réduction de son volume par 1.000. Les chercheurs sont ainsi parvenus à créer des objets d'environ un millimètre cube avec une résolution de 50 nanomètres, et espèrent parvenir à une diminution de 8.000 fois.

Le plan 3D de l’objet est monté sur un substrat, ensuite exposé à une lumière laser qui va dessiner la forme désirée. L’objet est alors rétréci par déshydratation du substrat. © Daniel Oran et al, Science, 2018.

Miniaturiser n’importe quel objet

« Grâce à cette méthode, il est possible de générer toutes sortes de structures complexes, y compris des formes discontinues, des gradients ou des objets multimatériaux », se félicite Edward Boyden. La première application à laquelle a pensé l'équipe est l'optique, pour fabriquer des microlentilles spéciales à intégrer dans des smartphones, des microscopes ou des caméras. Mais on peut miniaturiser n'importe quel objet 3D, assurent les chercheurs. « Dans les années 1970, les geeks bricolaient leur ordinateur à la maison. Demain, ils pourront peut-être fabriquer leurs propres micropuces », sourit Edward Boyden.

  • Des chercheurs du MIT ont réussi à réduire des objets à l’échelle 1/1.000e.
  • Elle consiste à réduire des matériaux en déshydratant un gel polymère.
  • On pourra ainsi créer des nano-objets de n’importe quelle forme et matériau.
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