Des chercheurs utilisent des nanoparticules pour augmenter la fréquence de la lumière et la résolution des systèmes d’imagerie

Des physiciens de l’Université nationale australienne (ANU) utilisent des nanoparticules pour développer de nouvelles sources de lumière qui nous permettent de « tirer le rideau » sur le monde des petites choses – des milliers de fois plus petites qu’un cheveu humain – tout en offrant d’énormes avantages aux médecins et d’autres technologies.

Résultats publiés dans La science avance, pourrait avoir des implications majeures pour la science médicale en offrant une solution abordable et efficace pour analyser de petits objets qui sont trop petits pour être vus par des microscopes, sans parler de l’œil humain. Les travaux pourraient également être utiles à l’industrie des semi-conducteurs et améliorer le contrôle de la qualité de la fabrication des puces informatiques. La technologie ANU utilise des nanoparticules soigneusement conçues pour augmenter jusqu’à sept fois la fréquence de la lumière vue par les caméras et d’autres technologies. Les chercheurs disent qu’il n’y a « pas de limite » à la hauteur à laquelle la fréquence de la lumière peut être augmentée. Plus la fréquence est élevée, plus l’objet que nous pouvons voir avec cette source de lumière est petit.

La technologie, qui ne nécessite qu’une seule nanoparticule pour fonctionner, pourrait être appliquée dans des microscopes pour aider les scientifiques à zoomer sur le monde des objets minuscules avec jusqu’à 10 fois la résolution des microscopes conventionnels. Cela permettra aux chercheurs d’étudier des choses qui seraient autrement trop petites pour être vues, comme les structures internes des cellules et des virus individuels.

Être capable d’analyser de si petites choses peut aider les scientifiques à mieux comprendre et combattre certaines maladies et conditions de santé.

« Les microscopes conventionnels ne sont capables d’étudier que des objets d’une taille supérieure à environ dix millionièmes de mètre. Cependant, il existe une demande croissante dans de nombreux secteurs, y compris le domaine médical, pour pouvoir analyser des objets beaucoup plus petits jusqu’à un milliardième de mètre. » « , a déclaré l’auteur principal. Le Dr Anastasia Zalogina, de l’École de recherche en physique de l’Université nationale australienne et de l’Université d’Adélaïde, dit que c’est un mètre. »

« Notre technologie peut aider à répondre à cette demande. »

Les chercheurs affirment que la nanotechnologie développée par l’ANU pourrait aider à créer une nouvelle génération de microscopes capables de produire des images plus détaillées.

« Les scientifiques qui souhaitent créer une image fortement agrandie d’un très petit nanocorps ne peuvent pas utiliser un microscope optique conventionnel. Au lieu de cela, ils doivent s’appuyer soit sur des techniques de microscopie à super résolution, soit sur la microscopie électronique pour étudier ces minuscules objets », a déclaré le Dr Zalogina.

Mais ces technologies sont lentes et coûteuses, coûtant souvent plus d’un million de dollars.

« Un autre inconvénient de la microscopie électronique est qu’elle peut endommager les échantillons délicats en cours d’analyse, tandis que les microscopes optiques atténuent ce problème. »

Les paquets de lumière que nous percevons comme différentes couleurs de l’arc-en-ciel sont des ondes électromagnétiques qui oscillent à différentes fréquences.

Ce que nous voyons en rouge est la fréquence la plus basse que nos yeux peuvent détecter. Même les basses fréquences qui ne sont pas visibles à l’œil humain sont appelées rayonnement infrarouge. Le violet a la fréquence de lumière la plus élevée que nous puissions voir. Les rayons ultraviolets, qui ont une fréquence plus élevée, ne sont pas visibles à l’œil humain.

Bien que nos yeux ne puissent pas détecter la lumière infrarouge et ultraviolette, il nous est possible de les « voir » à l’aide de caméras et d’autres technologies.

Le co-auteur, le Dr Sergey Kroc, également de l’ANU, a déclaré que les chercheurs s’intéressaient à l’obtention de très hautes fréquences de lumière, également appelées « ultraviolet extrême ».

« Avec la lumière ultraviolette, nous pouvons voir des choses beaucoup plus petites par rapport à la lumière rouge. Et avec des sources de lumière ultraviolette extrême, nous pouvons voir des choses au-delà de ce qui est possible avec les microscopes conventionnels aujourd’hui », a déclaré le Dr Crook.

Le Dr Kroc a déclaré que la technologie ANU pourrait également être utilisée dans l’industrie des semi-conducteurs comme mesure de contrôle de la qualité pour assurer un processus de fabrication rationalisé.

« Les puces informatiques sont constituées de très petits composants avec des tailles de caractéristiques aussi petites qu’un milliardième de mètre. Au cours du processus de production de puces, il serait avantageux pour les fabricants d’utiliser de petites sources de lumière UV intense pour surveiller ce processus en temps réel afin de diagnostiquer tout problème tôt.

De cette façon, les fabricants peuvent économiser des ressources et du temps sur les mauvais lots de puces, augmentant ainsi les revenus de fabrication de puces. On estime qu’une augmentation de 1 % des revenus de fabrication de puces informatiques se traduit par des économies de 2 milliards de dollars.

« L’industrie florissante de l’optique et de la photonique en Australie compte près de 500 entreprises et représente environ 4,3 milliards de dollars d’activité économique, ce qui place notre écosystème de haute technologie bien positionné pour adopter de nouveaux types de sources lumineuses afin d’atteindre de nouveaux marchés mondiaux dans les industries et la recherche en nanotechnologie.  »