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La propulsion acoustique des nanomachines dépend de leur orientation


Des nanomachines minuscules au microscope qui se déplacent comme des sous-marins avec leur propre propulsion — par exemple dans le corps humain, où elles transportent des agents actifs et les libèrent sur une cible  : ce qui ressemble à de la science-fiction est devenu, au cours des 20 dernières années, de furthermore en in addition rapidement domaine de recherche en plein essor. Cependant, la plupart des particules développées jusqu’à présent ne fonctionnent qu’en laboratoire. La propulsion, par exemple, est un impediment. Certaines particules doivent être alimentées en énergie sous forme de lumière, d’autres utilisent des propulsions chimiques qui libèrent des substances toxiques. Ni l’un ni l’autre de ces derniers ne peut être considéré pour n’importe quelle software dans le fuselage. Une remedy au problème pourrait être des particules propulsées acoustiquement. Johannes Voß et le professeur Raphael Wittkowski de l’Institut de physique théorique et du Centre de nanosciences douces de l’Université de Münster (Allemagne) ont maintenant trouvé des réponses aux queries centrales qui empêchaient auparavant l’application de la propulsion acoustique. Les résultats ont été publiés dans la revue ACS Nano.

Les ondes ultrasonores progressives conviennent à la propulsion

Les ultrasons sont utilisés dans les nanomachines à propulsion acoustique car ils sont assez sûrs pour les programs dans le corps. L’auteur principal, Johannes Voß, résume les recherches menées jusqu’ici comme suit  : “Il existe de nombreuses publications décrivant des expériences. Cependant, les particules de ces expériences ont presque toujours été exposées à une onde ultrasonore stationnaire. Cela rend certes les expériences considérablement furthermore simples, mais en même temps, cela rend les résultats moins significatifs en ce qui concerne les applications possibles – car or truck dans ce cas, des ondes ultrasonores progressives seraient utilisées.” Cela est dû au fait que des ondes stationnaires sont produites lorsque des ondes se déplaçant dans des instructions opposées se chevauchent.

Ce que les chercheurs n’avaient pas non moreover pris en compte auparavant, c’est que dans les apps, les particules peuvent se déplacer dans n’importe quelle direction. Ainsi, ils ont laissé de côté la concern de savoir si la propulsion dépend de l’orientation des particules. Au lieu de cela, ils n’ont regardé que les particules alignées perpendiculairement à l’onde ultrasonore. Maintenant, pour la première fois, l’équipe de chercheurs de Münster a étudié les effets de l’orientation à l’aide de simulations informatiques élaborées.



Ils sont arrivés à la conclusion que la propulsion des nanoparticules dépendait de leur orientation. En même temps, le mécanisme de propulsion acoustique dans les ondes ultrasonores progressives fonctionne si bien pour toutes les orientations des particules — c’est-à-dire pas seulement exactement perpendiculaires à l’onde ultrasonore — que ces particules peuvent réellement être utilisées pour des purposes biomédicales. Un autre element que les physiciens de Münster ont examiné était la propulsion que les particules présentaient lorsqu’elles étaient exposées à des ultrasons provenant de toutes les directions (c’est-à-dire des « ultrasons isotropes »).

Une foundation pour le pas vers l’application

“Nos résultats ont montré remark les particules se comporteront dans les apps et que la propulsion a les bonnes propriétés pour que les particules soient réellement utilisées dans ces programs”, conclut Johannes Voß. Comme l’ajoute Raphael Wittkowski, “Nous avons révélé des propriétés importantes des nanoparticules propulsées acoustiquement qui n’avaient pas été étudiées auparavant, mais qu’il faut comprendre pour permettre de passer de la recherche fondamentale aux purposes envisagées impliquant les particules.”



Les deux chercheurs de Münster ont examiné les particules coniques, vehicle elles peuvent se déplacer rapidement même à faible intensité d’ultrasons – c’est-à-dire qu’elles ont une propulsion efficace – et elles peuvent également être facilement produites en grand nombre. Les particules ont une taille de près d’un micromètre, soit près d’un millier de nanomètres. En comparaison, un globule rouge a un diamètre d’environ 7,7 micromètres. Cela signifie que les nanoparticules pourraient se déplacer dans la circulation sanguine sans obstruer les vaisseaux sanguins les as well as fins. “La taille des particules peut être sélectionnée en fonction de ce qui est nécessaire dans l’application particulière envisagée, et le mécanisme de propulsion fonctionne également dans le cas de particules furthermore petites et as well as grandes”, explique Johannes Voß. “Nous avons simulé les particules dans l’eau, mais la propulsion convient également à d’autres fluides et aux tissus.”

Au moyen de simulations informatiques, l’équipe a étudié des systèmes et leurs propriétés qui n’avaient pas pu être étudiés dans les nombreuses expériences précédentes. En regardant vers l’avenir, Raphael Wittkowski déclare : “Une étape importante serait que la recherche expérimentale passe à l’examen de ces systèmes.”