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Réactions chimiques déclenchées par laser
Normalement, les chimistes ne peuvent pas mélanger leurs réactifs avant l'instant où ils sont prêts pour que la réaction se déroule. Mais maintenant, les chercheurs ont mis au point un moyen d'encapsuler des produits chimiques hautement réactifs avec des nanotubes de carbone à l'intérieur de microcoquilles en nylon, de les placer dans un mélange avec d'autres réactifs, de stocker le mélange aussi longtemps qu'ils le souhaitent, puis d'utiliser la lumière laser pour faire éclater les capsules , initiant le produit chimique réaction quand et où cela est nécessaire. Le système pourrait être utilisé pour l'impression, pour l'administration contrôlée de médicaments à l'intérieur du corps ou pour la synthèse chimique industrielle.
Lumière activée : Ces microcapsules, en nylon, peuvent être utilisées pour séparer des produits chimiques hautement réactifs dans le même liquide. Les capsules éclatent lorsqu'elles sont illuminées par un laser, mélangeant les produits chimiques.
Nous avons développé un moyen d'avoir des produits chimiques incompatibles dans un seul conteneur, et un moyen externe pour les faire réagir, dit Jean Fréchet , chimiste organique à l'Université de Californie à Berkeley.
En utilisant le système d'encapsulation, dit Alex Zettl , professeur de physique à l'université qui travaille sur les capsules chimiques avec Fréchet, vous pouvez placer les produits chimiques exactement où vous le souhaitez, les laisser, puis utiliser le laser comme bouton pour déclencher une réaction à la demande.
Les chercheurs de Berkeley utilisent une réaction établie pour créer les capsules. Ils mélangent le produit chimique à encapsuler avec une petite quantité de nanotubes de carbone et les précurseurs pour fabriquer du nylon, tout en remuant continuellement. L'agitation amène le nylon à former des sphères qui capturent les nanotubes et le réactif. En faisant varier la vitesse d'agitation, les chimistes de Berkeley peuvent faire varier la taille des capsules résultantes d'environ 100 à 1 000 micromètres. Lorsqu'ils pointent un laser sur une capsule, les nanotubes de carbone absorbent la lumière, réchauffant le liquide à l'intérieur et le faisant se dilater jusqu'à ce qu'il explose, libérant le contenu. La nouveauté n'est pas la particule elle-même, mais le fait qu'elle puisse être adressée par un laser bon marché, explique Fréchet. Ceci est possible car les nanotubes de carbone – la substance connue la plus noire – absorbent très efficacement un large spectre de lumière.
Les microcapsules se trouvent généralement dans les détergents, où elles séparent le savon des autres ingrédients jusqu'à ce qu'elles soient mélangées à de l'eau, et dans le papier sans carbone, où elles séparent les encres qui réagissent lorsque les capsules éclatent sous la pression d'un stylo. Mais il n'y a pas eu de bon moyen de séparer les liquides réactifs les uns des autres et de contrôler avec précision leur libération.
Dans un article publié en Journal de l'American Chemical Society , les chercheurs décrivent l'utilisation des microcapsules déclenchées par la lumière pour contrôler deux types de réactions différents.
Le contrôle laser offre de nombreux degrés de liberté pour déposer quelque chose de réactif, explique Jeffrey Leon, chimiste dans la division électronique de manipuler , une société basée à Düsseldorf, en Allemagne. Protéger les produits chimiques hautement réactifs les uns des autres dans un liquide, puis pouvoir contrôler soigneusement leur libération, explique Leon, est un objectif depuis longtemps. La recherche en est à ses débuts et a de nombreuses applications potentielles. La prochaine étape consiste à rendre les capsules aussi petites que possible, ce qui pourrait permettre l'utilisation des capsules déclenchées par laser dans l'impression de matériaux électroniques, explique Leon.
Les chercheurs de Berkeley travaillent à remplacer les nanotubes de carbone par des colorants qui absorbent des bandes de lumière beaucoup plus étroites. Cela permettrait un autre degré de contrôle sur la libération chimique : des lasers de différentes longueurs d'onde pourraient être utilisés pour libérer différents produits chimiques.