Des capteurs holographiques pour analyser les liquides
Des chercheurs russes ont mis au point des capteurs holographiques qui pourraient être utilisés, entre autres, pour réaliser rapidement et à peu de frais certaines analyses, telle la teneur du sang en glucose, rapporte le site fian-inform.ru.
Des physiciens de l'Institut Lebedev (FIAN) de l'Académie des sciences de Russie et des médecins de l'Institut de recherche de médecine physico-chimique, dépendant de l'Agence fédérale chargée de la santé et du développement social, ont élaboré des capteurs holographiques pour diagnostiquer les concentrations de certains composants de solutions. La liste des diverses utilisations possibles de ces capteurs est assez longue, mais les chercheurs se sont fixé comme principal objectif de créer des plaquettes de test peu coûteuses, simples à utiliser, pour le diagnostic de la concentration de glucose dans le sang, qui est naturellement une procédure majeure pour le traitement des malades atteints du diabète sucré.
Les matrices holographiques (hologrammes de Denissiouk) se gonflent ou se compriment selon le degré d'humidité. Cela conduit à une modification de la longueur d'onde de la lumière qu'elles réfléchissent (et, par conséquent, à une modification de la couleur). Pendant près d'une cinquantaine d'années, on a considéré cela comme un inconvénient de l'image holographique. Mais, depuis quelques années, on tente d'exploiter à des fins d'analyse ce qui apparaissait auparavant comme un élément négatif. Pour ce faire, il est nécessaire d'introduire dans la matrice de l'hologramme des substances sensibles à la présence du composant testé : en fonction de la concentration dans la solution de ce composant, la plaquette elle-même se comportera différemment.
"Nous avons élaboré, conjointement avec des médecins, des matrices holographiques sur la base d'un hydrogel polymère - des copolymères d'acrylamide associés à des monomères solubles dans l'eau. Nous avons introduit dans la matrice des substances la rendant sensible à un paramètre de la solution, par exemple à l'acidité du milieu, ou à une substance telle que le glucose. Si l'on introduit une telle plaquette dans une solution où sont présents ces composants, la période de structure se modifie : soit la plaquette gonfle, soit, au contraire, elle se comprime. En conséquence, lorsque l'on éclaire l'hologramme en blanc, la longueur d'onde du rayonnement qu'il réfléchit se modifie. Et plus il y a de matière sur laquelle est bâtie la plaquette, et plus la longueur d'onde se déplace", explique Alexandre Kraïski, collaborateur senior du FIAN, responsable de ces travaux.
Le spectre de réflexion des capteurs mis au point est assez étroit - de l'ordre de quelques nanomètres. C'est pourquoi si la sensibilité à un composant donné est suffisante, la modification du spectre peut être déterminée très précisément par des spectromètres modernes de petite taille de faible résolution, et même visuellement dans certains cas.
Ces plaquettes peuvent être utilisées comme capteurs tant pour contrôler les conditions de transport et de conservation des vaccins, des sérums, des préparations fermentées, des produits alimentaires, que pour mettre en évidence la présence d'eau dans le kérosène. Les applications sont potentiellement très nombreuses. Mais les physiciens et les médecins ayant travaillé sur ce projet ont décidé de privilégier dans un premier temps le diagnostic de la concentration de glucose dans le sang.
"Les travaux sur le glucose présentent une particularité, poursuit Alexandre Kraïski. Si nous enregistrons un hologramme dans la couleur rouge, toutes les réponses, pratiquement, se situeront dans le domaine infrarouge. Mais si on l'enregistre dans une longueur d'onde plus courte, par exemple en employant un laser hélium-cadmium bleu, pour une sensibilité limite des hologrammes au glucose de 30 mmoles/l, tout l'éventail de concentration du glucose ou du plasma sanguin habituellement détecté dans le sang, de 0 à 10 mmoles/l, sera couvert dans une gamme de couleur visible. Autrement dit, il sera possible, à l'oeil nu, de voir si la concentration de glucose est normale ou non."
Une autre propriété remarquable des capteurs holographiques est leur possibilité de tester simultanément plusieurs échantillons avec une seule plaquette. "Nous pouvons contrôler différentes réactions à l'aide d'une seule plaquette de test, précise Alexandre Kraïski. On peut le faire en associant l'hologramme à des appareils contenant des canaux microfluides. Il est alors possible de tester simultanément plusieurs échantillons, par exemple plusieurs prélèvements appartenant à des patients différents, ou de procéder à l'analyse de plusieurs composants biochimiques. Il est vrai que, dans ce dernier cas, il faudrait que l'on travaille encore sur le testeur lui-même." Selon les premières estimations, il devrait être possible, sur un centimètre carré de capteur holographique, de réaliser simultanément une trentaine d'analyses.
Des machines-outils performantes utilisant l'usinage électrochimique
L'usine ETM d'Oufa produit désormais des machines-outils de haute précision reposant sur un nouveau procédé d'usinage électrochimique utilisant les vibrations, rapporte le site nkj.ru.
La méthode d'usinage électrochimique a longtemps été confinée aux seconds rôles. Mais une équipe conduite par le professeur Zaïtsev est parvenue à perfectionner les machines-outils, leur permettant de réaliser des productions exceptionnelles. En clair, ces machines-outils surpassent la plupart des machines analogues existant dans le monde, "pour l'indice complexe précision-rugosité-productivité".
Ce nouveau type de machine - les machines-outils ET - permet d'usiner des pièces à partir de n'importe quel acier ou alliage industriel, y compris des alliages hautement résistants, réalisés à partir d'alliages métal-céramique et d'alliages nanostructurés, de créer des surfaces superplanes (d'une rugosité inférieure à 0,02 micron) d'une taille sans précédent pour une machine de précision, ainsi que des arêtes tranchantes d'une taille inférieure au micron.
Grâce à leur précision sans égale et à leur programme informatique, les machines de l'usine ETM peuvent non seulement créer des pièces de n'importe quelle complexité avec une qualité de surface impossible à atteindre avec d'autres méthodes, mais aussi apposer sur ces pièces une couche superfine (de 10 nanomètres) d'une autre composition : par exemple, pour augmenter la résistance à l'usure des pièces, les protéger de la corrosion ou améliorer leur solidité.
Le procédé ET utilisé par ETM repose sur le principe traditionnel de traitement électrochimique des métaux : la pièce est une électrode chargée positivement, l'outil d'usinage étant chargé négativement. Lorsque l'on envoie du courant, sous l'effet de l'électrolyse, le matériau "excédentaire" de la pièce "est dissous" et se dépose comme un déchet. Le courant de l'électrolyte l'éloigne de l'espace situé entre les électrodes ; le déchet est ensuite filtré, et l'électrolyte peut être réutilisé. Schématiquement, on peut dire que lors du traitement électrochimique, on ne dépense que de l'électricité et de l'eau (ce qui rend cette méthode attractive), mais l'on a considéré pendant longtemps que le niveau de précision atteint empêchait ce procédé d'être concurrentiel.
La technologie novatrice de la série ET a permis de réfuter ce point de vue. Son principe peut être expliqué comme suit : on associe des impulsions de quelques microsecondes, d'un courant de densité élevée, aux électrodes qui oscillent dans l'électrolyte. Cette vibration permet de localiser avec une grande précision et de contrôler les réactions électrochimiques dans un espace extrêmement petit (à l'échelle nanométrique). Le schéma particulier d'envoi des impulsions crée à la surface des électrodes, et au sein de l'électrolyte, des conditions physico-chimiques particulières, qui contribuent à augmenter la solidité et élever la productivité de l'usinage.
Les machines-outils ET sont constituées de trois blocs - la source d'impulsions de l'alimentation, le bloc mécanique et le système hydraulique associé à l'électrolyte - et d'un pupitre de commande informatique. La superficie de la surface traitée dépend de la puissance de l'impulsion. La puissance maximale de cette dernière (6.000 A) permet d'usiner des surfaces en acier de 70 centimètres carrés et de travailler sur des pièces de 100 kilos. Le système hydraulique, associé au bloc de nettoyage automatique de l'électrolyte, fonctionne en cycle fermé.
Le pupitre informatique permet de piloter automatiquement les régimes d'usinage. Grâce à cette interface et au paquet de programmes technologiques intégrés, le pilotage de la machine ne nécessite pas de formation spéciale. Par ailleurs, la machine peut être reconfigurée pour la production de n'importe quelle pièce. Un régime d'autoapprentissage de la machine est possible, celle-ci pouvant aussi fonctionner automatiquement, sans opérateur, y compris la nuit et les jours fériés.
La sphère d'application industrielle de ces machines est extrêmement large : dès à présent, elles sont utilisées dans la construction automobile et aéronautique, la microchirurgie, l'implantologie, l'industrie électronique et de la joaillerie. L'usinage au micron près ouvre de nouvelles possibilités non seulement pour l'ingénierie, mais aussi pour l'esthétique. L'usine ETM a engagé la procédure de certification internationale ISO, qui lui permettra de proposer sa production - déjà très attendue - sur le marché mondial.
Lasers sur la base du graphène
Des chercheurs russes proposent de créer des lasers reposant sur le graphène, rapporte le site rian.ru.
De nouveaux procédés de création d'hétérostructures reposant sur le graphène viennent d'être proposés par des chercheurs de l'Institut de physique Lebedev (FIAN) de l'Académie des sciences de Russie. Ils pourraient servir de base à des appareils fournissant de la lumière, et trouver également des applications dans l'électronique.
Le graphène se présente sous la forme d'une couche unique d'atomes d'hydrogène, reliés entre eux par une structure de liens chimiques rappelant de par leur géométrie la structure des cellules de miel des abeilles. Il possède des propriétés physico-chimiques exceptionnelles, ce qui rend le graphène et ses dérivés très intéressants pour divers domaines des sciences et des techniques.
Rappelons que le Prix Nobel 2010 de physique a été attribué à deux chercheurs originaires de Russie travaillent en Grande-Bretagne, Konstantin Novoselov et Andre Gueim.
Deux chercheurs du FIAN, Andreï Siline et Pavel Ratnikov, proposent quant à eux de nouveaux procédés pour construire des hétérostructures planes sur la base du graphène, qui pourraient constituer la base d'instruments générateurs de lumière, par exemple des diodes ou des lasers. La particularité des hétérostructures qu'ils proposent est que, selon leurs calculs, elles devraient présenter les propriétés de ce que l'on appelle le trou quantique - une structure au sein de laquelle les électrons ne se déplacent que dans deux directions.
Selon les chercheurs, il existe deux moyens d'obtenir de telles hétérostructures. On peut apposer du graphène sur un aplat hétérogène fait de deux couches de nitrure de bore, entre lesquelles se trouve une bande de dioxyde de silicium. L'autre possibilité est liée à la déposition par pulvérisation sur le graphène de molécules de certaines substances, telles que l'hydrogène, l'oxygène ou l'ammoniac.
"Les calculs que nous avons effectués permettent de choisir les paramètres des hétérostructures planes reposant sur le graphène, indispensables pour obtenir un rayonnement optique dans un domaine déterminé du spectre. Pour l'instant, cette théorie devance quelque peu l'expérimentation, précise toutefois Andreï Siline."
Les hétérostructures proposées peuvent également être utilisées dans l'électronique comme "clé" régulant la circulation des électrons dans les conducteurs.
Certains volatiles en diminution à Moscou
La sécheresse de l'été dernier et la meilleure protection des ordures ménagères ont entraîné à Moscou, notamment, une baisse significative des canards, d'une part, et des corneilles, de l'autre, rapporte le site rian.ru.
Le nombre des canards et des corneilles vivant à Moscou est à la baisse, mais ce phénomène ne présente pas que des inconvénients, relèvent les ornithologues. Le problème, comme le montrent leurs déclarations, se pose toutefois différemment en ce qui concerne chacune de ces espèces de volatiles.
Le nombre des canards barboteurs évoluant dans le périmètre de la capitale et dans la région de Moscou avait diminué de moitié, en décembre 2010, par rapport aux statistiques moyennes des trois dernières années pour le même mois. Leur nombre a chuté à 4.500 individus, selon Elena Zoubakina, directrice du développement de l'Union de la protection des oiseaux de Russie.
Les observations réalisées avant le Nouvel An sur les plans d'eau moscovites ont en effet révélé que le nombre des canards barboteurs (espèce de volatiles la plus massivement représentée à Moscou et dans sa région) est tombé à quelque 2.800 individus dans la capitale et environ 1.600 dans la région de Moscou. Durant les années 2007-2009, on en dénombrait au total 8.000, dont 3.600 pour la région de Moscou.
"Nous ne pouvons expliciter pour l'instant la cause de cette diminution des canards barboteurs. Mais nous relions celle-ci, avant tout, à la mort en grand nombre de canards survenue durant l'été et l'automne, et en second lieu à l'arrivée précoce du froid, cet hiver, sur les plans d'eau de Moscou et de sa région", a indiqué Elena Zoubakina. De nouveaux décomptes étaient prévus, tant par des spécialistes ornithologues que par des amateurs.
La réduction du nombre des corneilles de Moscou (et également Saint-Pétersbourg) est due, elle, avant tout à la diminution des ordures laissées à leur disposition dans des conteneurs ouverts, ainsi qu'à la large utilisation des sacs poubelle plastique, estiment les ornithologues.
"L'apparition des sacs poubelle plastique, qu'elles ne peuvent pas ouvrir ni déchirer à coups de bec pour y prendre leur nourriture, a constitué une fort mauvaise surprise pour les corneilles", note le professeur Vladimir Galouchine, de la chaire de biogéographie de l'Université Etat de Moscou.
Selon les chercheurs, l'amélioration de la propreté des rues des villes est le seul moyen efficace de diminuer le nombre des corneilles, qui ont tendance à devenir envahissantes. Les autres méthodes consistant à les tuer ou à les piéger sont à la fois inhumaines et dangereuses, notent-ils.
"L'amélioration du travail d'enlèvement des ordures par les services communaux et l'entretien des conteneurs d'ordures a privé les corneilles de leur principale source de nourriture - les déchets - avec pour conséquence la baisse du nombre de ces volatiles, estime Viktor Zoubakine, président de l'Union de protection des oiseaux de Russie.
Les ornithologues affirment que la diminution de cette population se fera progressivement, sans à-coups, et nécessite que l'homme respecte "les règles du jeu". Auquel cas, le processus d'augmentation de la diversité des oiseaux dans les villes, diversité que mettaient en péril les corneilles, se développera de manière stable.
