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Articles du CER - Plonger dans le monde du très petit

La nanotechnologie, à savoir la science de fabriquer et de manipuler à l'échelle du très petit, pourrait bien transformer nos vies. Avec l'aide d'un financement du CER, le Dr Davide Iannuzzi développe des pièces mobiles microscopiques sur les extrémités des fibres optiques dans l'espoir d'obtenir de meilleurs instruments d'observation et de mesure à l'échelle nanométrique.

Santé

Imaginez une piscine circulaire et un plongeoir sur les bords. Maintenant, imaginez que cette «piscine» est l'extrémité ronde d'une fibre optique et que le «plongeoir» est plus fin qu'un cheveu humain. C'est ce à quoi le Dr Iannuzzi s'attelle actuellement: un «cantilever à surface de fibre» qui a le potentiel de transformer de nombreux domaines de recherche. Surface de fibres Ce projet est le fruit des expériences du Dr Iannuzzi en physique fondamentale, où il tente de mesurer les forces résultant des effets quantiques tels que l'«effet Casimir». L'équipement habituel produit un faisceau laser qu'il oriente sur un minuscule cantilever. La force à mesurer fera courber le cantilever et, en mesurant cette courbe par la diffraction de la lumière, on peut mesurer la force. «Les instruments commerciaux ont cependant causé des effets erronés», explique le Dr Iannuzzi. «La portée du laser était trop large et la lumière qui n'atteignait pas le levier pourrait causer des problèmes dans les mesures très sensibles et à petite échelle que nous tentons de faire». En essayant d'éviter ces problèmes, le chercheur a suggéré: «Pourquoi ne pas fabriquer le cantilever sur l'extrémité d'une fibre optique?» L'équipe a utilisé les mêmes fibres optiques que celles utilisées en télécommunications, à savoir une fibre en verre de 0,1mm, qui transmet un faisceau lumineux en son sein. La lumière laser brille précisément sur le cantilever et est reflétée sur la fibre de manière à ce que l'interférence entre la lumière émise et celle reflétée indique la quantité de mouvement. Grâce à une subvention de démarrage 2007, «nous avons pu amener cette technologie à maturité et breveter une nouvelle méthode de fabrication», explique le Dr Iannuzzi. «Nous pouvons fabriquer des dispositifs micro-automatisés sur des fibres de verre à l'aide des mêmes techniques que celles utilisées pour les MEMS à base de silicium», poursuit-il.L Parmi ses applications figure la microscopie à force atomique (AFM - atomic-force microscopy), une pointe aiguisée sur le cantilever peut être pressée sur une surface et déplacée «comme le saphir d'un tourne-disque». En enregistrant la localisation et la courbe de ce «saphir», on peut créer une image de la surface avec une résolution de l'ordre des nanomètres, encore plus précis qu'avec des microscopes optiques. Normalement, ce genre d'équipement est encombrant, coûteux et nécessite un alignement complexe des pièces mécaniques et optiques, mais «avec la technologie de surface de fibres, on élimine le besoin d'alignement», ajoute le Dr Iannuzzi. Même si le capteur est plus coûteux à fabriquer, il aboutit à des microscopes moins chers et plus petits. «Nous avons déjà construit un modèle de table, et ces microscopes pourraient même être portables», dit-il. Le cantilever se trouvant à l'extrémité d'une longue fibre optique, il est adapté à une utilisation dans des environnements plus hostiles, et les composants électroniques sont tenus à une distance sécurisée. On peut aussi l'utiliser dans de petits espaces étroits: «Notre rêve, c'est de pouvoir un jour l'utiliser dans des applications telles que la chirurgie mini-invasive». Entreprises en démarrage et retombées technologiques Avec l'aide d'une subvention «Preuve de concept» du CER, l'équipe souhaite maintenant montrer que ce processus peut être appliqué à la production de volume. «Ceci pourrait être un résultat extraordinaire pour notre groupe de recherche et pour Optics11, notre jeune entreprise, en terme de commercialisation de la technologie de surface de fibres». La nouvelle conception présente même des avantages que l'équipe n'avait pas anticipés. «Nous pouvons aussi fabriquer un cantilever plus court de manière à ce que l'extrémité soit exactement alignée sur le faisceau lumineux», explique le Dr Iannuzzi. «Nous pourrions mesurer la position du cantilever avec une couleur tout en orientant une lumière sur le même point de l'échantillon dans une autre couleur». Le faisceau lumineux pourrait générer une fluorescence dans les matériaux étudiés, collectant ainsi les données chimiques à partir du même point d'où il est scanné. Le cantilever à surface de fibres semble également être doté d'une plus grande sensibilité et précision que les techniques existantes. «Nous pouvons même détecter la raideur ainsi que la rigidité ou la souplesse d'une surface», ajoute le Dr Iannuzzi. Ainsi, les chercheurs pourraient examiner les propriétés physiques des cellules biologiques et détecter la raideur de la paroi cellulaire, laquelle est un indicateur de santé ou de maladie. Ces applications biophysiques pourraient se traduire par une meilleure compréhension des propriétés fondamentales des cellules, qui à leur tour pourraient mener à des applications médicales et chirurgicales. - Source: Dr Davide Iannuzzi - Coordinateur du projet: Université VU Amsterdam, Pays-Bas - Titre du projet: Fiber-top micromachined devices: ideas on the tip of a fiber - Acronyme du projet: Ftmems - Site web du Dr Davide Iannuzzi - Programme de financement au titre du 7e PC (Appel du CER): Subvention de démarrage 2007 & «Preuve de concept» 2011 - Financement de la CE: 1,8 million d'euros – Durée du projet: cinq ans Glossaire AFM – microscopie à force atomique: un type de détection très haute résolution par microscopie à sonde qui atteint une résolution encore plus élevée que les microscopes optiques à l'aide d'une sonde physique plutôt que de la lumière Effet Casimir: une force expliquée par la théorie quantique qui peut par exemple générer une attraction ou une répulsion entre deux plaques non chargées placées très proches l'une de l'autre. Cantilever: un faisceau en suspension, ou porte-à-faux, soutenu seulement à une extrémité. Fluorescence: une émission lumineuse générée par des matériaux qui ont absorbé l'énergie de la lumière ou une autre forme de rayonnement électromagnétique. MEMS - systèmes microélectromécaniques: de très petits dispositifs mécaniques contrôlés électroniquement. Ils sont généralement fabriqués à l'aide de techniques de dépôt de la même façon que les micropuces de semi-conducteurs. Fibre optique: des fibres flexibles et transparentes faites de verre et utilisées dans les télécommunications car elles transmettent la lumière d'une extrémité à l'autre de la fibre.