Paranovni - Sciences Parallèles

Comment manipuler, sans les toucher, des objets dont la taille n'excède pas quelques nanomètres ? A l'évidence, il s'agit d'une question cruciale pour les biologistes. En effet, pouvoir manipuler efficacement d'aussi petits objets permettrait par exemple de pouvoir examiner à loisir la structure et le fonctionnement de toutes sortes de molécules (pour donner une échelle de grandeur, il faut savoir que les protéines, qui sont souvent de grosses molécules, ont par exemple une taille moyenne de 10 nanomètres).

Pour parvenir à manipuler ces nano-objets, les chercheurs ont développé au cours de ces denières années plusieurs techniques, dites de "micromanipulation". Parmi elles, il y a la pince optique. Le principe ? Un faisceau de lumière est diffusé en direction de l'objet à manipuler : ce faisceau de lumière crée un champ magnétique qui attire et "piège" l'objet à déplacer. En déplacant le faisceau de lumière, l'objet ainsi capturé peut alors également être déplacé.

S'affranchir des contraintes physiques de la lumière visible

Problème : jusqu'ici, les pinces optiques ne permettaient pas de manipuler des objets dont la taille n'était que de quelques nanomètres. En effet, afin de permettre aux chercheurs de voir les nano-objets qu'ils sont en train de manipuler, les pinces optiques utilisent un faisceau de lumière appartenant au spectre visible, c'est-à-dire dont la longueur d'onde est située entre 400 et 700 nm. Or, du fait d'un phénomène physique appelé "limite de la diffraction", le plus petit espace dans lequel une pince optique peut piéger une particule est égal à la moitié de la longueur d'onde utilisée. Ce qui correspond, dans le cas d'un faisceau de lumière appartenant au spectre visible, à un espace qui ne pourra pas être plus petit que 200 nm. Soit un espace encore beaucoup trop grand pour manipuler avec précision des objets dont la taille n'est que de quelques nanomètres.

Pour parvenir à manipuler des objets de quelques nanomètres seulement, tels des protéines par exemple, deux chercheurs américains de l'Université de Stanford (Californie, États-Unis) ont conçu une pince optique, dont le mode de conception inédit permet actuellement de manipuler des objets dont la taille est de 10 nm. Un outil qui, selon ses deux concepteurs, pourrait même permettre de manipuler des objets dont la taille serait de 2 nm seulement au terme de quelques améliorations techniques complémentaires.

Le recours à la plasmonique

Quel est le secret de cette pince optique inédite ? Son principe repose sur l'utilisation de la plasmonique, une technologie qui permet de contourner le phénomène de la limite de diffraction, en transformant un faisceau de lumière visible, dont la longueur d'onde est donc relativement élevée (400 à 700 nm), en ondes électromagnétiques dites "plasmon-polaritons", dont les longueurs d'onde sont beaucoup plus courtes. Ce qui permet alors de piéger des objets dont la taille ne dépasse pas les 10 nm.

Pour parvenir à transformer le flux de lumière visible en plasmon-polaritons, les deux chercheurs ont conçu un dispositif constitué de deux couches d'argent séparées par une couche de dioxyde de silicium : en bombardant ce dispositif avec un flux de lumière visible, il y a création d'une onde de type plasmon-polaritons, ce qui permet alors de piéger, dans le champ magnétique ainsi créé, des particules d'une dizaine de nanomètres. Et donc de les manipuler à loisir, tout en les observant grâce à la présence du flux de lumière visible...

Et ce n'est pas tout. Car la taille des objets susceptibles d'être manipulés par le dispositif des deux scientifiques américains pourrait même descendre... à 2 nm. En effet, les deux chercheurs disent avoir démontré que leur dispositif était théoriquement capable de piéger des objets d'une telle taille.

Selon les chercheurs, les potentialités de ce nouveau dispositif pourraient trouver des applications dans des champs aussi variés que la pharmacologie, la biologie ou encore la génomique.