Comment produire en masse des robots de la taille d'une cellule: La technique du MIT pourrait conduire à de minuscules, appareils auto-alimentés pour l'environnement, industriel, ou suivi médical.

robots minuscules pourraient être produits en masse pas plus gros qu'une cellule en utilisant une nouvelle méthode développée par les chercheurs du MIT. Les dispositifs microscopiques, que l'équipe appelle « syncells » (court pour les cellules synthétiques), pourrait éventuellement être utilisé pour surveiller les conditions à l'intérieur d'un pipeline de pétrole ou de gaz, ou pour la recherche sur la maladie tout en flottant dans la circulation sanguine.

Cette photo montre des cercles sur une feuille de graphène où la feuille est drapée sur un tableau de poteaux ronds, créer des contraintes qui provoque ces disques se séparer de la feuille. La barre grise à travers la feuille est liquide étant utilisé pour soulever le disque à partir de la surface. Image: Felice Frankel

La clé pour faire de tels dispositifs en grandes quantités minuscules réside dans un procédé de l'équipe développé pour commander le processus de fracturation naturelle de atomiquement-mince, matériaux fragiles, diriger les lignes de fracture afin qu'ils produisent des poches minuscules d'une taille et une forme prévisible. Embarqués l'intérieur de ces poches sont des circuits électroniques et des matériaux qui peuvent recueillir, record, et les données de sortie.

Le nouveau procédé, appelé « autoperforation,» Est décrit dans un article publié aujourd'hui dans la revue Nature Materials, par le MIT Professeur Michael Strano, postdoc Pingwei Liu, étudiant diplômé Albert Liu, et huit autres au MIT.

Le système utilise une forme en deux dimensions de graphène dite de carbone, qui forme la structure externe de la petite syncells. Une couche de matériau est posé sur une surface, alors les points minuscules d'un matériau polymère, contenant l'électronique pour les appareils, sont déposés par une version de laboratoire sophistiqué d'une imprimante à jet d'encre. ensuite, une seconde couche de graphène est posé sur le dessus.

contrôlée fracturation

Les gens pensent de graphène, un matériau ultra-mince, mais très forte, comme étant « floppy,» Mais il est en fait fragile, Strano explique. Mais plutôt que de considérer un problème que brittleness, l'équipe a compris qu'il pourrait être utilisé à leur avantage.

« Nous avons découvert que vous pouvez utiliser la friabilité,» Dit Strano, qui est le carbone P. Dubbs Professeur de génie chimique au MIT. « Il est contre-intuitif. Avant ce travail, si vous me disiez que vous pourriez fracturer un matériau à contrôler sa forme à l'échelle nanométrique, J'aurais été incrédule « .

Mais le nouveau système ne vient que. Il contrôle le processus de fracturation de telle sorte que plutôt que de générer des fragments aléatoires de matériau, comme les restes d'une fenêtre brisée, il produit des morceaux de taille uniforme et de forme. « Ce que nous avons découvert est que vous pouvez imposer un champ de contrainte pour provoquer la fracture être guidé, et vous pouvez l'utiliser pour la fabrication contrôlée,» Dit Strano.

Lorsque la couche supérieure de graphène est placée sur le réseau de points polymères, qui forment des formes de piliers ronds, les endroits où le graphène se drape sur les bords arrondis des piliers forment des lignes de forte contrainte dans le matériau. Comme le décrit Albert Liu, "Imaginez une nappe tombant lentement sur la surface d'une table circulaire. On peut très facilement visualiser la déformation circulaire se développant vers les bords de la table., et c’est très analogue à ce qui se produit lorsqu’une feuille plate de graphène se plie autour de ces piliers en polymère imprimé.

Par conséquent, les fractures sont concentrées juste le long de ces frontières, Étrange dit. "Et puis quelque chose d'assez étonnant se produit: Le graphène va complètement se fracturer, mais la fracture sera guidée autour de la périphérie du pilier. Le résultat est soigné, morceau rond de graphène qui semble avoir été proprement découpé par une perforatrice microscopique.

Parce qu'il y a deux couches de graphène, ci-dessus et en dessous des piliers de polymère, les deux disques obtenus adhèrent à leurs bords pour former quelque chose comme une petite poche de pain pita, avec le polymère étanche à l'intérieur. « Et l'avantage est que cela est essentiellement une seule étape,» Contrairement à de nombreuses étapes complexes de salle blanche nécessaires par d'autres processus pour essayer de fabriquer des dispositifs robotiques microscopiques, Étrange dit.

Les chercheurs ont également montré que d'autres matériaux à deux dimensions, en plus de graphène, tel que le disulfure de molybdène et le boronitrure hexagonal, tout aussi bien.

Des robots ressemblant à des cellules

D'une taille comparable à celle d'un globule rouge humain, sur 10 micromètres de diamètre, jusqu'à environ 10 fois cette taille, ces minuscules objets « commencent à ressembler et à se comporter comme une cellule biologique vivante. En réalité, au microscope, tu pourrais probablement convaincre la plupart des gens que c'est une cellule,» Dit Strano.

Ce travail fait suite à recherches antérieures par Strano et ses étudiants sur le développement de cellules syncelleuses capables de recueillir des informations sur la chimie ou d'autres propriétés de leur environnement à l'aide de capteurs placés à leur surface., et stocker les informations pour une récupération ultérieure, par exemple, injecter un essaim de telles particules à une extrémité d'un pipeline et les récupérer à l'autre pour obtenir des données sur les conditions à l'intérieur de celui-ci.. Même si les nouvelles cellules de synchronisation n'ont pas encore autant de capacités que les précédentes, ceux-ci ont été assemblés individuellement, considérant que ces travaux démontrent un moyen de produire facilement de tels dispositifs en masse.

Outre les utilisations potentielles des syncells pour la surveillance industrielle ou biomédicale, la façon dont les petits appareils sont fabriqués est en soi une innovation avec un grand potentiel, selon Albert Liu. « Cette procédure générale consistant à utiliser la fracture contrôlée comme méthode de production peut être étendue à de nombreuses échelles de longueur.," il dit. «[Il pourrait potentiellement être utilisé avec] essentiellement tous les matériaux 2D de votre choix, permettant en principe aux futurs chercheurs d’adapter ces surfaces atomiquement minces dans n’importe quelle forme souhaitée pour des applications dans d’autres disciplines.

C'est, Albert Liu dit, "l'un des seuls moyens disponibles à l'heure actuelle pour produire à grande échelle une microélectronique intégrée autonome" qui peut fonctionner de manière indépendante, appareils flottants. Selon la nature de l'électronique à l'intérieur, les appareils pourraient être dotés de capacités de mouvement, détection de divers produits chimiques ou autres paramètres, et stockage en mémoire.

Il existe un large éventail de nouvelles applications potentielles pour de tels dispositifs robotiques de la taille d'une cellule, dit étrange, qui détaille de nombreuses utilisations possibles dans un livre qu'il a co-écrit avec Shawn Walsh, un expert aux Laboratoires de Recherche de l'Armée, sur le sujet, appelé « Systèmes robotiques et plates-formes autonomes,» qui est publié ce mois-ci par Elsevier Press.

En guise de démonstration, l'équipe a "écrit" les lettres M, je, et T dans une matrice mémoire au sein d'une cellule de synchronisation, qui stocke les informations sous forme de différents niveaux de conductivité électrique. Ces informations peuvent ensuite être « lues » à l’aide d’une sonde électrique, montrant que le matériau peut être utilisé comme une forme de mémoire électronique dans laquelle des données peuvent être écrites, lis, et effacé à volonté. Il peut également conserver les données sans avoir besoin de puissance, des informations permettant de recueillir plus tard. Les chercheurs ont démontré que les particules sont stables sur une période de plusieurs mois, même si flottant dans l'eau, qui est un solvant sévère pour l'électronique, selon Strano.

« Je pense qu'il ouvre une toute nouvelle boîte à outils pour micro- et nanofabrication," il dit.

Daniel Goldman, professeur de physique à Georgia Tech, qui n'a pas participé à ce travail, dit, « Les techniques développées par le groupe du professeur Strano ont le potentiel de créer des dispositifs intelligents à l’échelle microscopique capables d’accomplir ensemble des tâches qu’aucune particule ne peut accomplir seule. »

La source:

http://news.mit.edu, par David L. shipchandler