Auto-assemblage

Alors que les chercheurs commencent à essayer de construire des dispositifs et de nouveaux matériaux à l'échelle nanométrique (un nanomètre est un milliardième de mètre, la taille de quelques atomes), ils sont confrontés à un défi de taille. S'il s'avère possible, dans de nombreux cas, de pousser des molécules pour former de minuscules structures et même des dispositifs fonctionnels, produire efficacement en masse n'importe quoi avec des caractéristiques nanométriques est une tout autre affaire. Mais que se passerait-il si des millions de ces nano blocs de construction faisaient le gros du travail et s'assemblaient eux-mêmes dans les structures souhaitées, évitant ainsi l'utilisation d'instruments de fabrication coûteux et élaborés ?

L'auto-assemblage est devenu l'un des Saint Graal de la nanotechnologie, et les scientifiques de nombreux laboratoires s'efforcent de le transformer en un outil de nano-ingénierie efficace. Dans un certain sens, l'auto-assemblage n'a rien de nouveau : la biologie le fait tout le temps. Et pendant des décennies, les scientifiques ont étudié la chimie supramoléculaire, apprenant non seulement comment les molécules se lient les unes aux autres, mais aussi comment un grand nombre de molécules peuvent s'associer pour former des structures ; en fait, le concept d'auto-assemblage est largement né des tentatives des chimistes de fabriquer des molécules qui se sont agrégées spontanément dans des configurations spécifiques, de la même manière que les molécules biologiques forment des membranes cellulaires complexes.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de novembre 2001

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Mais maintenant, avec une compréhension croissante de la façon dont les molécules et les petites particules interagissent les unes avec les autres, les chercheurs peuvent commencer à prédire comment ces éléments pourraient s'auto-assembler en structures plus grandes et utiles comme les transistors d'une puce semi-conductrice. L'auto-assemblage fournit une voie très générale pour fabriquer des structures à partir de composants trop petits ou trop nombreux pour être manipulés de manière robotique, explique George Whitesides, chimiste à l'Université Harvard et pionnier dans le domaine.

Pour mieux comprendre comment fonctionne l'auto-assemblage, Whitesides et ses collègues ont récemment montré que le revêtement sélectif des surfaces de plaques d'or microscopiques avec un film organique collant peut, dans les bonnes conditions, déclencher l'auto-assemblage de milliers de ces plaques en trois dimensions. structure. Jusqu'à présent, l'équipe de Whitesides a créé un circuit électronique fonctionnel relativement grand en utilisant une technique similaire. La prochaine étape consistera à réduire le circuit à l'échelle micrométrique, créant des structures tridimensionnelles plus complexes à partir de silicium. Bien que les composants électroniques de la taille d'un micromètre ne soient pas nouveaux - Intel les fabrique tout le temps - les expériences de Whitesides pourraient fournir des indices précieux sur la façon de mieux manipuler l'auto-assemblage.

La nature elle-même fournit également aux scientifiques un modèle sur la façon de créer des appareils électroniques à assemblage automatique. La scientifique des matériaux Angela Belcher de l'Université du Texas à Austin a trié des milliards de protéines différentes pour trouver celles qui reconnaissent et se lient à différents types de matériaux inorganiques. Par exemple, une extrémité de la protéine peut se lier à une particule métallique spécifique et l'autre extrémité peut coller à la surface d'un semi-conducteur tel que l'arséniure de gallium. Avec les bonnes indications, les protéines pourraient diriger des particules nanométriques de matériaux inorganiques pour former diverses structures.

Au printemps dernier, Belcher a cofondé une société appelée Semzyme qui envisage de créer une bibliothèque de ces blocs de construction à médiation protéique. Ils pourraient avoir un certain nombre d'applications technologiques, en fabriquant des choses telles que des capteurs biomédicaux, des disques de stockage magnétique à haute densité ou des microprocesseurs.

Les chimistes de laboratoires tels que ceux de Hewlett-Packard, de l'Université de Californie, de Los Angeles, de l'Université Yale et de l'Université Rice tentent également de développer des ordinateurs moléculaires auto-assemblés. S'ils réussissent, cependant, cela prendra des années.

Pendant ce temps, de manière moins ambitieuse, d'autres chercheurs font des progrès rapides dans l'utilisation de l'auto-assemblage pour construire des structures tridimensionnelles de plus en plus complexes et de plus en plus petites qui pourraient être compatibles avec les dispositifs existants. Par exemple, certaines fonctionnalités d'un lecteur de disque, comme le support de stockage, pourraient être créées à l'aide de l'auto-assemblage, tandis que les composants plus grands nécessaires pour connecter l'appareil au monde extérieur seraient fabriqués à l'aide de techniques conventionnelles. Nous espérons que l'auto-assemblage pourra remplacer à moindre coût certaines étapes de la production de matériaux et de dispositifs, où un contrôle est nécessaire au niveau moléculaire, déclare l'ingénieur Christopher Murray de la division nano-science d'IBM Research à Yorktown Heights, NY.

S'il a raison, la nano-ingénierie deviendra beaucoup plus facile.

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