La production de nano objets poreux de tailles et de structures parfaitement définies est particulièrement intéressante pour, par exemple, élaborer des capsules de transports d'enzymes, ou d'agents pharmaceutiques, ou pour confectionner les briques de base idéales de plus grandes structures à l'échelle nanométrique. Mais la fabrication de tels minuscules objets tridimensionnels de façon ciblée et contrôlée, ceci le plus simplement et le plus efficacement possible, reste un défi pour les scientifiques. À l'université du Minnesota, une équipe conduite par Andreas Stein a récemment développé un nouveau procédé de production de cubes et de sphères nanoscopiques de dioxyde de silicium. Dans
Angewandte Chemie, les chercheurs décrivent comment, au lieu d'élaborer les particules à partir de plus petites unités, ils ont utilisé le désassemblage contrôlé de plus grandes structures en treillis.
Nano cubes et nano sphéroïdes poreux
La plupart des méthodes traditionnelles de production de nanoparticules poreuses de dioxyde de silicium souffrent du fait que les particules tendent à s'agréger lors de leur croissance, ce qui rend difficile l'obtention d'une taille uniforme. La forme de ces particules ne peut, quant à elle, qu'être à peine influencée. Stein et son équipe ont choisi une approche inverse, en commençant par accumuler une structure en treillis de dioxyde de silicium, puis en la désassemblant pour obtenir la forme voulue.
Les "moules" utilisés comme treillis sont des "agrégats" de sphères minuscules d'un plastique appelé polymethylmethacrylate (PMMA). Entre les sphères de cette structure existent des espaces presque tétraédriques ou octaédriques. Les chercheurs ont rempli ces cavités d'une solution contenant un composé d'organosilicium, d'acide oxalique, et d'un agent tensioactif. Ce mélange durcit en un gel solide. Les sphères de plastique et l'agent tensioactif sont ensuite détruits par chauffage. L'agent tensioactif laisse derrière lui des pores minuscules, et le composé gélifié se convertit lentement en oxyde solide de silicium. Ce qui reste est un treillis de silicate qui est le "négatif" des sphères originales: de minuscules tétraèdres et octaèdres reliés entre eux par de délicates passerelles. Tandis que la transformation en dioxyde de silicium continue, la structure rétrécit jusqu'à ce qu'elle se brise au niveau des plus faibles passerelles. Les fragments restants continuent à se contracter jusqu'à ce que les octaèdres deviennent pratiquement cubiques et les tétraèdres pratiquement sphériques, en aboutissant finalement à des structures poreuses très uniformes.
En modifiant les cristaux colloïdaux utilisés comme base de départ, la taille et la forme des particules résultantes peuvent être contrôlées. Par ailleurs, par dépôt de vapeur ou greffage de polymères, d'autres composants peuvent être ajoutés à la structure. Cette nouvelle technique pourrait être utilisée comme point de départ pour l'élaboration de nanostructures à partir de matériaux différents.