Il s’agit probablement du tableau le plus célèbre de l’histoire de l’art : la Joconde, Léonard de Vincis seulement 77 sur 53 centimètres de grand tableau. Vous pourriez presque le manquer derrière sa façade en verre pare-balles trouble. Parce qu’il y a toujours des hordes de gens debout devant lui qui prennent des photos – ces jours-ci, souvent d’eux-mêmes, dos à la photo.
Qu’est-ce que cela donnerait d’afficher une copie de cette image sur la surface d’une coupe transversale de cheveux, dans un cadre de seulement 50 micromètres sur 50, dix mille fois plus petit que l’original ? Cela est effectivement possible, même si personne ne pourrait alors voir l’image, même avec une loupe. L’idée de la Joconde miniature n’est aussi qu’une démonstration destinée à transmettre ce qui est possible avec une nouvelle technologie en termes d’éléments d’image : avec le Nanoplasmonique. Un groupe de recherche danois a réussi ce coup d’éclat – et avec lui une nouvelle dimension dans la technologie de stockage de données et d’impression laser. Cependant, une telle image ne représente qu’une des nombreuses nouvelles possibilités que promet cette méthode.
Les nanospécialistes pénètrent actuellement les micromondes d’une toute nouvelle manière, car ils croient que celui qui maîtrise le plus petit conquiert aussi le grand. Le quartier regorge d’idées et de développements innovants. Après des recherches intensives en laboratoire, des applications émergent aujourd’hui qui pourraient réellement changer notre vie quotidienne. Cela s’applique non seulement aux imprimantes laser haute résolution, mais également aux bio-nanocapteurs d’une sensibilité sans précédent, aux cellules solaires à rendement plus élevé, Thérapie contre le cancerla nanorobotique et la technologie quantique.
Plus petit que Lichtwellenlängen
Qu’y a-t-il derrière cela ? Physiquement, il s’agit de concentrer la lumière dans des dimensions inférieures à la longueur d’onde de la lumière. « Nano » n’est pas seulement le mot grec pour nain, mais signifie également milliardième. Nanomètre, c’est-à-dire les milliardièmes de mètre ou les millionièmes de millimètre, mesure également le monde des atomes. La lumière oscille avec des longueurs d’onde plus longues de plusieurs centaines Nanomètres. Pendant longtemps, on a considéré comme certain que les objets ne pouvaient plus être distingués les uns des autres en dessous de la moitié de la longueur d’onde de la lumière. Les physiciens parlent de limite de diffraction. Mais cette barrière fondamentale est tombée lorsque les chercheurs ont réussi à manipuler activement des particules d’un diamètre allant de dix à 100 Nanomètres sont nettement plus petites que les longueurs d’onde de la lumière.
Lorsque la lumière frappe de minuscules particules métalliques, généralement constituées d’or ou d’argent, elle stimule des oscillations collectives d’électrons dans les couches externes du métal précieux, appelées oscillations de plasma ou plasmons. La lumière est convertie en onde électronique. Cela fonctionne mieux lorsque la lumière a la même fréquence que le plasma électronique. Nanoparticules. Semblables aux vagues de l’eau, ces minuscules excitations surviennent directement à la surface de l’eau. Nanoparticules.
À la fréquence dite de résonance, la lumière fait bouger le collectif d’électrons de la manière la plus efficace. Ils diffusent ou avalent la lumière et la réémettent. « Cet effet rend le plasmonique Nanoparticules si spécial et complètement différent des autres matériaux », déclare Ortwin Hess. Le nanophysicien est codirecteur du Centre de plasmonique et de métamatériaux de l’Imperial College de Londres. « Ils peuvent convertir l’énergie des ondes lumineuses capturées en un mouvement collectif d’électrons dans un espace très petit, et ils peuvent le faire bien mieux que tout autre système. »
En couplant les champs lumineux aux oscillations électroniques des métaux, les propriétés de la lumière peuvent également être modifiées avec la précision de Nanomètres diriger. Les attentes pour cette technique sont grandes, notamment parce que les plasmons de surface peuvent absorber et diffuser avec efficacité la lumière, les molécules de couleur ou autres. Nanoparticules dépasse largement. La fréquence de résonance à laquelle cela se produit peut être déterminée par la forme et la taille du Nanoparticules changement sur de longues distances. La lumière à nouveau émise peut, par exemple, briller dans des couleurs complètement différentes et rayonner dans des directions différentes de celles des ondes émises.
Ce qui fascine les nanochercheurs, c’est la possibilité d’expérimenter ces plasmons de surface et de les adapter à diverses applications. Depuis, ils sont capables de produire des substances artificielles dotées de propriétés optiques qui n’existent pas dans la nature.
Un énorme besoin
Les nanoplasmoniciens s’attendent à ce que leurs arts aient un impact Biocapteurs – de minuscules structures qui réagissent à certaines molécules ou bactéries. Les besoins seraient énormes : par exemple, pour une médecine personnalisée ou pour la détection précoce des épidémies en dehors des cliniques, basée sur la couleur. Pour l’instant il n’y en a qu’un sur le marché Biocapteur avec plasmonique nanoparticules: un appareil de test pour le diagnostic précoce des grossesses à domicile (« Clearblue »). Dans celui-ci, des billes d’or recouvertes d’un anticorps réagissent aux hormones de grossesse. Sur une surface fonctionnelle, elles sont visibles à l’œil nu simplement par leur coloration intense. La même chose devrait Biocapteurs travaillent pour la détection du cancer de la prostate, du VIH-SIDA ou du diabète.
Les chercheurs souhaitent également utiliser leurs plasmons pour lutter contre le cancer. Le mot magique est photothérapie thermique. L’idée de l’hyperthermie pour chauffer les tumeurs jusqu’à leur mort est cultivée par les médecins depuis 100 ans et jouit aujourd’hui d’une réputation assez douteuse. Mais les nanobâtons ou nanosphères recouverts d’or offrent de nouvelles possibilités : à savoir attaquer spécifiquement les cellules tumorales et les chauffer avec la lumière sans en même temps endommager les tissus sains.
Nanoparticules Si leur surface est équipée de peptides spéciaux, ils peuvent être dirigés beaucoup plus précisément vers les cellules tumorales, où ils peuvent être irradiés par la lumière infrarouge, qui pénètre le mieux dans les tissus. La coque dorée des particules convertit les rayons infrarouges en chaleur, censée tuer les cellules tumorales. Alternativement, les billes peuvent également être recouvertes d’ingrédients actifs. Une fois qu’ils atteignent la tumeur, les rayons infrarouges libèrent le médicament, combattant ainsi les cellules tumorales.
Ces choses sont encore au stade du laboratoire. Des expériences sont en cours sur des cellules hépatiques de souris, et des expériences sur des souris vivantes suivront. Ortwin Hess voit encore beaucoup de travail à accomplir pour les chercheurs : « Pour un Thérapie contre le cancer avec nanoparticules « Nous devrions d’abord coopérer directement avec les médecins afin de développer des thérapies potentielles pour les gens. »
L’état de la science semble un peu plus avancé en ce qui concerne les nouveaux types de cellules solaires, les photovoltaïques plasmoniques. L’espoir est d’augmenter le rendement par rapport aux cellules en silicium cristallin, qui est actuellement d’environ 15 pour cent. Les chercheurs ont pu montrer que Nanoplasmonique En principe, l’efficacité des cellules solaires peut être considérablement augmentée. Ils utilisent des plasmons pour convertir la lumière entrante en « électrons chauds » non thermiques, puis en électricité. Ils utilisent des films minces de 20 micromètres d’épaisseur, soit seulement un dixième de l’épaisseur des plaquettes de cristal de silicium classiques. Cela permet d’économiser 97 % de matière et Le rendement est d’environ 15 pour cent. Alternativement, les physiciens expérimentent des systèmes multicouches, dont chacun absorbe une partie légèrement différente de la lumière, ce qui devrait permettre d’atteindre des rendements allant jusqu’à 50 pour cent.
Miniature-Mona-Lisa
Et qu’en est-il de Mona Lisa ? Le secret de son sourire reste intact, même s’il est réduit à un millionième de sa taille initiale. La miniaturisation de l’image à un cheveu ouvre la possibilité de stocker les images dans des zones si petites qu’elles disparaissent pratiquement. Quoi Anders Kristensen et son équipe du Université technique du Danemark avons développé ici est une application assez sophistiquée du Nanoplasmonique pour les nouvelles imprimantes laser.
Les photos des magazines sont généralement imprimées à une résolution de 300 points par pouce. En revanche, les physiciens danois atteignent un chiffre étonnant de 127 000 points par pouce avec leurs imprimantes plasmoniques. Cela signifie qu’une photo couleur de la Joconde s’adapte confortablement à un pixel de l’écran d’un iPhone. Et cet article pourrait s’adapter plusieurs fois dans la zone d’une coupe transversale de cheveux. L’impression s’effectue à une vitesse d’une nanoseconde (milliardième de seconde) par pixel.
Avec ces procédures, dit Anders Kristensen« , des données peuvent être stockées qui seraient invisibles à l’œil nu, idéales par exemple « pour les numéros de série, les codes-barres et d’autres informations ». La technologie est également adaptée à la lutte contre la contrefaçon car de telles étiquettes sont très difficiles à reproduire. « Cela les rend plus facile de détecter si un produit est l’original ou une copie Kristensen. Les chercheurs danois espèrent que leur technologie brevetée remplacera un jour les imprimantes laser couleur classiques.
Peut-être que Laura Na Liu, de l’, pousse actuellement la technologie le plus loin possible. Université de Heidelberg Devant. Le Chinois natif de Hong Kong parle de « plus intelligent » Nanoplasmonique», elle parle avant tout de nanomachines artificielles. Celles-ci n’ont pas seulement des dimensions similaires à celles des grosses biomolécules du corps humain. Un jour, ils fonctionneront également de la même manière que les moteurs biologiques des cellules qui se déplacent le long de chemins protéiques spécifiques. «Nous essayons de reproduire ce que la nature nous montre», explique le physicien.
Dans le laboratoire, leurs « machines à marcher plasmoniques » se déplacent déjà sur des rails moléculaires disposés avec des molécules d’ADN dessinées linéairement. Jusqu’à deux nanotiges en or se déplacent sur elles par pas nanométriques. Les minuscules structures ne sont que 35 Nanomètre long et dix Nanomètre épais. « Nous pouvons contrôler les tiges d’or avec la lumière laser et en même temps les suivre en temps réel », explique Na Liu, ce qui constitue peut-être un pas vers des « nanomachines artificielles ». L’objectif est de développer des outils pour la nanorobotique du futur. Le contrôle de la lumière via la plasmonique permet pour la première fois de contrôler spécifiquement les mouvements d’objets dans la gamme moléculaire. Cela pourrait un jour ouvrir la voie à des interventions sur les cellules pour la biologie et la médecine.
Même si les chercheurs ont de nombreuses idées, de nombreuses idées se développent Nanoplasmonique actuellement plus lent que dans les premières années. Même si de nombreux laboratoires et entreprises à travers le monde travaillent dur sur des produits commercialisables, la grande avancée n’a pas encore eu lieu, hormis les petits produits de consommation tels que les tests de grossesse. Pourquoi donc?
Les nouveaux domaines de recherche passent presque toujours par une phase d’enthousiasme au cours de laquelle beaucoup de choses semblent possibles, voire fantastiques. Ce n’est que plus tard qu’apparaissent les difficiles problèmes et les luttes des plaines. Le Nanoplasmonique ne semble pas faire exception. Ortwin Hess souligne : « Le domaine s’est développé. Aujourd’hui, nous savons beaucoup plus clairement ce qui est possible et où les rêves et les attentes étaient peut-être un peu trop élevés. Planifions un voyage sur Mars. Si nous arrivons ensuite sur la Lune, ce n’est pas mal « .
