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Cristaux faits pour germer de minuscules tubes
Les chercheurs ont découvert un moyen de faire pousser de minuscules tubes à l'échelle micrométrique à partir de matériaux qui agissent comme des catalyseurs et des capteurs de gaz. En créant des réseaux de ces tubes, les chercheurs disent qu'ils pourraient créer des dispositifs de laboratoire sur puce compacts dans lesquels les canaux eux-mêmes sont constitués du catalyseur ou du matériau de détection. Vous pourriez jeter des produits chimiques à travers un tube à très grande surface et potentiellement effectuer une catalyse très efficace, dit Lee Cronin , professeur de chimie à l'Université de Glasgow, au Royaume-Uni, qui a dirigé les travaux.
Tubes magiques : Des cristaux inorganiques placés dans une solution de molécules fluorescentes commencent à faire croître des tubes automatiquement. Les tubes sont suffisamment robustes pour être injectés de liquide (en haut à droite). Les chercheurs peuvent également fusionner deux tubes ensemble (au milieu) et créer des motifs avec les tubes en dirigeant la croissance avec des champs électriques (en bas à droite).
Dans un article publié dans la revue Chimie de la nature , Cronin et ses collègues rapportent qu'ils peuvent contrôler les diamètres des tubes et la vitesse à laquelle ils grandissent. De plus, en utilisant des astuces simples, ils peuvent contrôler le sens de croissance des tubes et fusionner deux tubes pour créer des structures différentes.
Développer des dispositifs microfluidiques de cette manière pourrait être plus simple que d'utiliser les techniques de lithographie actuelles, explique Cronin. Nous sommes capables de faire pousser des tubes de la même manière que vous contrôlez les lignes sur un Etch A Sketch, dit-il. Vous venez de développer très rapidement en quelques secondes l'appareil que vous souhaitez.
Les cristaux inorganiques que les chercheurs utilisent appartiennent à une classe de produits chimiques appelés polyoxométalates. Ces amas chargés négativement d'atomes de métal et d'oxygène sont d'excellents catalyseurs pour de nombreuses réactions différentes dans l'industrie chimique. Ils sont également efficaces pour détecter et adsorber les gaz et sont utilisés pour éliminer les composés toxiques tels que les oxydes d'azote et le dioxyde de soufre des flux de gaz de combustion. En utilisant différents atomes de métal, les chercheurs peuvent créer des polyoxométalates avec diverses propriétés chimiques. Les polyoxométalates ont une grande diversité structurelle et polyvalence, ainsi que de nombreuses options pour modifier le comportement physique et chimique, dit Paul Kogerler , professeur de chimie à l'université RWTH d'Aix-la-Chapelle, en Allemagne.
Pour créer leurs microtubes, les chercheurs de Glasgow utilisent des cristaux contenant du tungstène. Lorsqu'ils mettent ces cristaux d'oxyde métallique chargés négativement dans l'eau et ajoutent des molécules fluorescentes chargées positivement, les cristaux commencent à germer des tubes en quelques secondes seulement.
Cronin explique que les molécules positives et négatives se rejoignent pour former une membrane à la surface du cristal. La pression à l'intérieur de cette membrane s'accumule jusqu'à ce qu'elle se rompe et le matériau d'oxyde métallique à l'intérieur se déverse en un jet. Au fur et à mesure qu'il s'écoule, il commence automatiquement à former un tube creux à travers lequel de plus en plus de matériau peut s'écouler. Le tube grandit jusqu'à ce qu'il ne reste du cristal que la membrane creuse.
Les chercheurs peuvent modifier le diamètre des tubes et leur vitesse de croissance en modifiant la concentration des molécules fluorescentes. Les tubes vont de 1 à 120 micromètres de large. En appliquant une tension, ils peuvent faire croître les tubes dans des directions spécifiques. Ils peuvent fabriquer des tubes ramifiés de deux manières différentes. L'une consiste à laisser deux tubes entrer en collision, ce qui fait qu'un seul tube émerge au point de collision. L'autre consiste à percer un tube avec une aiguille de micromanipulateur afin que le matériau s'écoule et pousse une autre branche. Pour montrer que les tubes sont creux et peuvent transporter des liquides, les chercheurs y injectent un colorant fluorescent.
Kogerler dit que le travail est prometteur car les tubes conservent leur structure et ne se décomposent pas. En outre, ils ont un rapport surface/volume relativement élevé, ce qui est avantageux pour les applications de catalyse et de détection. Mais il n'est pas encore évident qu'ils seront idéaux pour ces applications. En effet, la surface des tubes n'est pas seulement constituée de molécules de polyoxométalate interconnectées : elle contient également des molécules fluorescentes chargées positivement. La question est, en tireriez-vous une quelconque réactivité ? demande Kogerler.
Kogerler dit que ce serait vraiment intéressant si les chercheurs pouvaient trouver un moyen de faire pousser des tubes similaires dans la gamme nanométrique. Les composés d'oxyde métallique sont connus pour former des structures à cette échelle, et l'approche donnerait des surfaces encore plus grandes.