Nanocoupelles : nanomatériaux avancés déviant la lumière pour applications biomédicales et photoniques

Nanocoquilles, nano-œufs et nanocoupelles

Les nanocoquilles sont des cœurs de silice sphériques revêtus d'une fine coquille d'or. Lorsque le cœur est décentré dans la coquille, la structure devient un nano-œuf ; si le décentrage dépasse l'épaisseur de la coquille, le cœur perce la coquille, formant une nanocoupelle. Ces formes présentent des spectres d'absorption et de diffusion distincts, les nano-œufs montrant des pics multipolaires fortement décalés vers le rouge et des intensités de champ proche accrues par rapport aux nanocoquilles.

Potentiel biomédical des nano-œufs

Des chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong ont conçu un nano-œuf comprenant une coquille de cobalt dur encapsulant un cœur platine-fer. Ce design délivre en toute sécurité le platine, un agent anticancéreux reconnu, aux cellules tumorales. Des études in vitro ont révélé que le nano-œuf est sept fois plus cytotoxique pour les cellules cancéreuses que le cisplatine standard, tout en conservant un profil de sécurité favorable.

Le processus de fabrication implique la synthèse de nanoparticules de sulfure de cobalt formant une coquille cristalline poreuse autour de nanocristaux fer/platine. Les pores de la coquille sont suffisamment grands pour permettre la pénétration de l'eau, tandis que les particules creuses de sulfure de cobalt elles-mêmes présentent une toxicité négligeable envers les cellules cancéreuses humaines cultivées.

Nanocoupelles : métamatériaux déviant la lumière

Les nanocoupelles sont de minuscules nanoparticules en forme de coupe qui peuvent manipuler la lumière par des interactions plasmoniques. En incorporant ces nano-antennes dans une matrice polymère, les scientifiques ont créé un métamatériau qui redirige la lumière entrante dans une direction prédéterminée, minimisant la rétrodiffusion et rendant le matériau effectivement invisible à l'œil.

Processus de fabrication

La production de nanocoupelles déviant la lumière implique le dépôt de particules colloïdales de polystyrène ou de latex sur un substrat de verre, l'évaporation d'une couche d'or à angles contrôlés, et le sur-revêtement avec un élastomère. Après durcissement, la dalle composite est décollée du substrat, laissant des nanocoupelles orientées intégrées dans l'élastomère.

Applications

• Transmission de signaux optiques inter-puces pour le calcul haute vitesse.
• Spectroscopie améliorée et super-lentilles pour l'imagerie haute résolution.
• Systèmes de suivi photovoltaïque concentrant la lumière solaire sur un récepteur fixe, augmentant l'efficacité des panneaux solaires.

Autres nanostructures

Ghim Wei Ho du Laboratoire de science à l'échelle nanométrique de l'Université de Cambridge a démontré la croissance de nanostructures diverses — incluant nanofils, cônes, anneaux, coupelles et formes fleur. Ces composites complexes, souvent amorphes-cristallins, sont prometteurs pour les dispositifs électroniques et photoniques de prochaine génération.