Une minuscule micropompe dans des couleurs éblouissantes

Sebastian Bohm, assistant de recherche à l’université technique d’Ilmenau et ingénieur en développement chez 5microns GmbH, a remporté le premier prix du concours de photos NanObjectives avec sa photo fascinante d’une micropompe. Le physicien a développé la pompe brevetée « E-PunCh » – abréviation de « Electrowetting Pump on a Chip » – qui fonctionne sans aucune pièce mobile et déplace les liquides à l’aide d’une tension électrique, dans le cadre de sa thèse au département de physique théorique I dans les salles blanches du Centre pour les micro et nanotechnologies (ZMN) de l’université. Il a récemment obtenu son doctorat pour ce travail avec la mention summa cum laude.

Des scientifiques et des étudiants de l’université technique d’Ilmenau ont soumis au total 55 contributions créatives issues de la recherche et de la technologie au concours photo organisé cette année par l’association Förderverein für Mikro- und Nanotechnologien Ilmenau e.V. et l’Institut für Mikro- und Nanotechnologien IMN MacroNano®. Ces contributions ont été évaluées par le Dr Karin Wedrich de X-FAB à Erfurt, le Dr Torsten Erbe d’ASML (Advanced Semiconductor Materials Lithography) NV, le plus grand fournisseur mondial de systèmes de lithographie pour l’industrie des semi-conducteurs, et Sebastian Gropp de VDI/VDE Innovation + Technik GmbH.

« Chaque image offre un aperçu de structures, de surfaces ou de cellules minuscules qui resteraient autrement invisibles à l’œil nu », explique Maria Illing, consultante à l’IMN. Par exemple, l’image de Bernd Sprenger, qui a remporté le 3e prix, intitulée « Coiled light » (Lumière enroulée), montre un filament enroulé dans une ampoule domestique standard, agrandi cent fois. Le collaborateur du CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH, un institut affilié à l’université technique d’Ilmenau, a pris cette photo à l’aide d’un microscope électronique à balayage (MEB).

À l’aide d’un MEB également, Ningxiang Wu, chercheur associé au département de nanophysique appliquée, a visualisé une pile de nanofeuilles formées par électrodéposition à la surface d’un papier carbone. « Ce qui est fascinant, explique Maria Illing, c’est que dans son image primée, cette pile ressemble à un réseau neuronal. »

Une image à partir de 170 clichés individuels

Sebastian Bohm a capturé la moitié d’une minuscule micropompe dans des couleurs éblouissantes et a remporté le premier prix du concours NanObjectives. La pompe, que le physicien a co-développée et fabriquée dans le cadre d’un projet de coopération entre l’université technique d’Ilmenau et la société 5microns GmbH dans le cadre du programme central d’innovation pour les PME (ZIM), ne nécessite aucune pièce mobile. Au lieu de pistons ou de diaphragmes mécaniques, c’est le liquide lui-même qui effectue le travail de pompage dans cette micropompe innovante. « Sur ma photo, vous pouvez voir la chambre de pompage et les valves microfluidiques, appelées valves Tesla, sur une plaquette de silicium », explique le physicien récemment diplômé : « La deuxième partie, nécessaire à la construction d’une pompe fonctionnelle et collée au substrat représenté, n’est pas visible sur la photo. »

Pour réaliser cette image, Sebastian Bohm a placé cinq gouttes d’eau d’un volume d’environ un microlitre dans la chambre de pompage :

Pour cela, la surface de la plaquette de silicium photographiée a d’abord dû être hydrophobisée, c’est-à-dire traitée de manière à être hydrofuge. Pour ce faire, j’ai recouvert le substrat d’une couche de polymère de quelques nanomètres d’épaisseur seulement. Cela permet aux gouttelettes d’eau de se déposer sur la surface sans la mouiller ni s’écouler.

L’image obtenue est composée d’environ 170 images individuelles, que le jeune scientifique a combinées à l’aide d’une technique spéciale d’enregistrement et de traitement d’images appelée « focus stacking » afin de créer une seule image avec une profondeur de champ exceptionnellement élevée. Afin de créer la lumière bleutée en arrière-plan et les reflets dans les gouttelettes d’eau, il a modifié la couleur de l’éclairage LED toutes les 60 images : « C’est ainsi que les différentes couleurs des gouttelettes ont été créées », ajoute le physicien.

Le système lui-même, pour lequel Sebastian Bohm a développé des méthodes numériques sous la supervision du chef de département, le professeur Erich Runge, et pour la production duquel il vient d’obtenir un doctorat avec mention très bien, peut être utilisé pour un large éventail d’applications :

La micropompe peut par exemple être utilisée dans le domaine médical, dans des robots de pipetage, des pompes à insuline ou des machines automatiques de dosage goutte à goutte, mais aussi dans l’industrie alimentaire, partout où un dosage précis et des coûts de production faibles sont requis.