Stars des nanotechnologies, les nanotubes de carbone sont surtout connus pour leur solidité et leur élasticité sans équivalent. Mais ces cylindres de taille atomique n’en finissent pas de surprendre. Dernière découverte en date sur ces minuscules objets : ils constituent les plus petits pH-mètres qui soient, capables de mesurer l’acidité d’un liquide d’à peine un femtolitre (un millionième de milliardième de litre). C’est Laurent Cognet, chercheur au Centre de physique moléculaire, optique et hertzienne (CPMOH)¹ à Talence, qui a mis en évidence cette étonnante propriété, en collaboration avec une équipe américaine de la Rice University².
Pour surprendre les nanotubes en pleine action, les physiciens les ont observés… s’illuminer au microscope. « Les nanotubes ont en effet la particularité d’émettre des infrarouges quand ils sont excités par un laser, explique Laurent Cognet. Cette luminescence, comme on l’appelle, baisse quand un nanotube est en contact avec un ion hydrogène de charge positive. Or, c’est précisément en mesurant la quantité de ces ions présents dans le milieu qu’on connaît son pH³ ». Le pH-mètre en version lilliputienne était né. Capable de détecter un seul ion à la fois. Et donc d’analyser des volumes infimes de solution.
Difficile alors de ne pas imaginer une multitude d’applications possibles. Deux domaines ont particulièrement retenu l’attention de nos chercheurs. Le pH-mètre nanométrique pourrait ainsi devenir un outil incontournable des « laboratoires sur puce », ces pastilles en silicium de quelques millimètres qui analysent la moindre goutte de liquide pour en révéler ses composants chimiques ou encore la présence de virus et de bactéries. Mieux encore, insérés dans les vésicules d’une cellule vivante, les nanotubes pourraient suivre en permanence l’activité de cette dernière. Les vésicules, portes d’entrée des molécules dans la cellule qui apparaissent puis disparaissent, ont en effet la propriété d’être plus acides que leur environnement.
Cerise sur le gâteau, en analysant l’influence du pH sur la luminescence des nanotubes, les physiciens ont réalisé une autre première : ils ont montré qu’un électron, excité par le laser, parcourait à chaque fois la même distance – environ 100 nanomètres – avant de se désexciter et d’émettre alors un rayonnement infrarouge. « Un résultat fondamental pour comprendre les mécanismes d’émission de lumière des nanotubes », note Laurent Cognet. Et un pas de plus vers une électronique nanométrique, à base de ces tubes révolutionnaires.

Pierre Mira