OPTINEWS

Grâce à de petites caméras de la taille d’un bonbon qui sont “avalées” par le patient, il est possible de réaliser des clichés à l’intérieur du corps humain. Pratiques pour l’inspection de l’intestin, ces caméras voient en revanche leur efficacité remise en question lors d’examens de l’oesophage ou de l’estomac. En effet, la caméra n’a besoin que de 3 à 4 secondes pour traverser l’oesophage - par seconde, elle est capable de réaliser 2 à 4 clichés - et avec un poids de 5 grammes, elle tombe assez rapidement dans la paroi inférieure de l’estomac. La caméra est donc trop rapide pour permettre la réalisation de clichés d’une qualité suffisante. C’est également pour cette raison qu’à l’heure actuelle, l’endoscopie est encore la technique privilégiée pour ce type d’examen.

Cependant, des chercheurs de l’Institut Fraunhofer des techniques biomédicales (IBMT) de Saint-Ingbert (Sarre) ont développé en commun avec l’entreprise Given Imaging, l’hôpital israélien de Hambourg et l’Université britannique Imperial College London, un nouveau système permettant de contrôler et de diriger la pilule-caméra. Selon le Docteur Frank Volke, responsable d’équipe à l’IBMT : “les médecins pourront à l’avenir arrêter la caméra dans l’oesophage, la faire monter ou descendre ainsi que la faire tourner afin de choisir ainsi l’angle de vue.”

Afin de diriger la caméra, les chercheurs ont réalisé un appareil magnétique qui, pas plus épais qu’une tablette de chocolat, est déplacé sur le corps du patient. La caméra suit ensuite exactement le déplacement de l’appareil magnétique, lui même dirigé par le médecin. Ce dernier peut ainsi obtenir l’angle de vue recherché lors des prises.

La pilule-caméra contrôlable est construite de la même manière que son prédécesseur (non-contrôlable). Elle contient une caméra, un émetteur qui envoie les images à un récepteur, une batterie et plusieurs LEDs blanches froides émettant de la lumière un bref moment lors des prises de vue. Après les premiers tests, les chercheurs ont pu montrer, que la caméra fonctionnait environ 10 minutes dans l’oesophage, même quand le patient se tenait debout.

Source ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/55005.htm

Des chercheurs au Santa Fe institute, Nouveau Mexique, ont développé un film transparent constitué de nanotubes de carbone (CNT) qui pourrait améliorer significativement les performances des cellules photoélectrochimiques, connues aussi sous le nom de leur inventeur suisse : cellules de Graetzel (DSSC, dye-sensitive solar cells) tout en abaissant leur coût de fabrication. Le secret ? Introduire des défauts sur les nanotubes.

Les cellules de Graetzel classiques sont constituées d’une couche mésoporeuse d’un oxide semi conducteur à large bande interdite, typiquement du dioxyde de Titane TiO2 (gap de 3.2eV) immergé dans un électrolyte liquide contenant un couple redox comme [I-/I3-]. Les grains de TiO2 assurent la conduction de l’électron jusqu’à l’électrode. Un colorant organique (le sensibilisateur) recouvre la surface des nano-cristaux de TiO2. Sous illumination, le colorant absorbe les photons incidents et gagne suffisamment d’énergie pour pouvoir injecter un électron dans la bande de conduction du dioxyde de titane, qui migre ensuite dans la couche conductrice de TiO2 jusqu’à l’électrode collectrice de courant. Après injection, la forme réduite du couple redox en solution régénère le colorant oxydé, alors que la forme oxydée du couple est réduite à la contre-électrode, bouclant ainsi le processus de régénération. La contre-électrode est généralement couverte de platine pour catalyser la réduction de l’électrolyte.

Dans ce type de cellule, les deux matériaux, l’oxyde et le catalyseur ont des inconvénients : l’oxyde ne peut pas être facilement être appliqué à des matériaux flexibles ; en effet, le rendement est bien meilleur s’il est utilisé sur du substrat rigide et thermorésistant comme le verre. Cela augmente le prix et réduit le spectre d’utilisations des cellules. De plus, la fabrication de la couche de platine requiert un équipement relativement cher.

Jessica Trancik du Santa Fe institute, Scott Barton de Michigan State University et James Hone de Columbia University ont choisi d’utiliser des nanotubes de carbone pour créer une couche unique qui puisse remplacer les fonctions des couches de TiO2 et de platine. Les propriétés nécessaires qu’ils recherchent sont : transparence, conductivité et activité catalytique. Les nanotubes remplissent ces fonctions, même si a priori il faut faire des compromis : un film de CNT plus épais améliore les effets de catalyseur mais réduit la transparence. Pour contourner ce problème de compromis, l’équipe de chercheurs s’est appuyée sur une théorie déjà existante : l’ajout de défauts aux nanotubes améliore grandement leurs propriétés de catalyse. Cela crée de nombreux sites pour la réduction du I3-, avec une résistance de transfert de charge mesurée par spectroscopie d’impédance électrochimique qui diminue quand l’épaisseur de la couche de CNT augmente. Pour créer ces défauts, les chercheurs ont exposé les nanotubes à l’ozone, ce qui les rend plus rugueux. Des films de CNT avec des défauts très fins ont des propriétés de catalyse excellentes. De plus, augmenter la longueur des nanotubes améliore la conductivité.

Ces électrodes transparentes, conductrices, et aux très bonnes propriétés de catalyse peuvent être utilisées dans les cellules de Graetzel, mais aussi dans les piles à combustibles ou dans d’autre types de batteries. Le matériau développé est économique, et diminue les émissions de carbone.

Source ADIT :

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/55103.htm

Après l’éolien, le solaire photovoltaïque est le deuxième axe prioritaire d’EDF Energies Nouvelles (EDF EN). Ainsi cette entreprise, créée en 1990, dont les premières réalisations ont été mises en service en Italie, en Espagne et aux Etats-Unis, ambitionne-t-elle de construire, pour son propre compte et le compte de tiers, 400 MWc [1] à l’horizon 2011. C’est dans ce contexte qu’a été lancée la construction d’une centrale solaire photovoltaïque, sur un terrain en friche de la zone industrielle de Malvezy, sur la commune de Narbonne. Précisons qu’il s’agit là d’une des plus importantes installations de ce type actuellement en construction en France métropolitaine.

D’une capacité de 7 MWc, cette installation fournira au réseau public d’électricité l’équivalent de la consommation annuelle d’électricité de plus de 4.200 habitants. Actuellement, les premières structures support des panneaux solaires sont en cours d’installation, de même que les onduleurs qui servent à transformer le courant continu produit par ces panneaux en courant alternatif. Fin juillet seront livrés les 95.000 modules de technologie couches minces que fournit First Solar, une entreprise américaine. La fin des travaux étant prévue dans le courant de l’automne, cette centrale solaire photovoltaïque devrait être mise en service avant la fin 2008.

[1] Le Wc, ou Watt crête, est l’unité de mesure de la puissance maximale d’un générateur exposé en plein soleil en milieu de journée.

Source ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/55087.htm

Molecular Vision, une société créée par Imperial College à Londres, a développé un outil qui pourrait permettre aux cardiaques ou autres patients d’avoir un diagnostic bon marché chez leur médecin ou même à domicile.

Le système associe un laboratoire sur puce microfluide à des polymères émettant de la lumière (light-emitting polymers, LEPs) et à des photodétecteurs, afin de procéder simultanément à une batterie de tests médicaux. L’échantillon est mélangé avec des réactifs à l’intérieur du système. Ensuite, le prétraitement de l’échantillon, les réactions chimiques, les séparations analytiques et la détection se déroulent sur une seule et unique puce. La puce possède dix canaux différents, ce qui permet de faire plusieurs types d’analyses à la fois, en comparant les substances analysées à des échantillons de référence. Pour cela, le système mesure l’absorbance, la fluorescence, la chimioluminescence et la phosphorescence de l’échantillon. Ian Campbell, directeur de Molecular Vision, explique: “Le procédé consiste à déposer un polymère à la fois sur la partie supérieure et sur la partie inférieure du microfluide. Le polymère du dessus agit comme une diode émettant de la lumière, donc quand un courant passe à travers ce polymère, celui-ci s’éclaire. Le polymère du dessous quant à lui agit comme un récepteur de photons et convertit le signal lumineux en ampères. La puissance du signal qu’il reçoit est proportionnelle à la quantité de matériel actif dans l’échantillon”. Les résultats sont prêts au bout de quelques minutes. Ceux-ci peuvent être lus sur un écran LCD, un téléphone portable ou un ordinateur. Chacun de ces outils peut par ailleurs être utilisé pour alimenter l’appareil, mais celui-ci peut également fonctionner grâce à sa propre batterie.

Bien que l’idée du laboratoire sur puce ne soit pas nouvelle, les systèmes actuels sont soit très coûteux et généralement réservés aux biologistes de laboratoires de pointe, soit au contraire consistent en un kit jetable qui ne permet d’effectuer des tests que pour un seul type d’analyse. Ian Campbell a donc déclaré que cette nouvelle méthode représentait une avancée significative par rapport aux méthodes existantes. Il explique: “Nous sommes capables de déposer les polymères d’une telle manière que l’on peut analyser des échantillons issus de différents types de sources”. Par exemple on peut combiner sur le même appareil la mesure de la chimioluminescence et de l’absorbance, donc au lieu d’avoir un seul lecteur et de modifier l’échantillon pour qu’il y soit adapté, on peut configurer ce lecteur en fonction du type d’analyse à laquelle on veut procéder.

Une application intéressante de ce système est d’effectuer des tests sur les indicateurs cardiaques de patients souffrant de douleurs thoraciques. Environ 30% des admissions aux urgences se font pour cause de douleur thoraciques mais seulement 10% se révèlent être les symptômes de complications cardiaques. Pour évaluer les risques de crises cardiaques chez un patient, on mesure ses taux de troponinine I, de myglobine et de créatine kinase. Avec les systèmes d’analyses traditionnels, seulement l’un de ces indicateurs peut être analysé à la fois, et effectuer une batterie de test prend jusqu’à quatre heures. En utilisant ce nouvel outil, deux ou trois tests peuvent être effectués simultanément, soit dans l’ambulance ou au service des urgences. Les résultats s’affichent en quelques minutes, diagnostiquant ou non un infarctus. Ce système permet donc de faire des économies, de ne pas encombrer les lits d’hôpital, et surtout, de sauver des vies.

Le laboratoire sur puce pourrait également aider à contrôler et à réduire les maladies sexuellement transmissibles (MST). En effet, de nombreuses personnes souffrant de MST n’osent pas se rendre chez l’urologue ou le gynécologue. En permettant de réaliser plusieurs tests en une seule fois avec des résultats disponibles au bout de 5 minutes, l’outil réduit le temps d’attente des patients et les visites répétées avant d’obtenir leurs résultats.

Les versions destinées à l’usage à domicile, de la taille d’un téléphone portable, pourraient par ailleurs permettre de surveiller l’évolution de maladies chroniques, en mesurant par exemple le taux d’insuline chez les patients diabétiques, la créatine et l’albumine chez les personnes souffrant de problèmes rénaux.

Les essais cliniques commenceront fin 2008 / début 2009, d’abord chez les professionnels de la santé, avec pour objectif de mettre en vente la version destinée à usage personnel.

Source ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/55068.htm

Les chercheurs de l’Institut Fraunhofer d’optique appliquée et de mécanique de précision d’Iéna (IOF) ont examiné les yeux des insectes afin d’en retirer un modèle permettant de développer des capteurs d’images ultra-fins. Plus spécifiquement, dans le cadre de son mémoire intitulé “Détermination à haute précision de positions à l’aide d’yeux à facettes artificiels”, le physicien Andreas Brückner s’est penché sur les propriétés des images produites par des yeux à facettes artificiels afin de les améliorer et de permettre leur utilisation dans le domaine de l’analyse sensorielle.

Contrairement aux idées reçues, les insectes n’ont pas seulement deux yeux mais des milliers. Chacune de leurs multiples facettes capte une image. Mises en commun grâce à leurs lentilles et cellules visuelles, celles-ci s’étendent sur la surface de l’hémisphère oculaire. Ainsi, les insectes peuvent couvrir un très large angle de vue. En revanche, la résolution de leur vue n’est pas excellente, ce qui est étonnant connaissant l’habileté des insectes à se déplacer dans les airs. En réalité, cette faculté est possible grâce au principe d’hyperacuité. En d’autres mots, les insectes voient au-delà des images captées car les champs visuels des facettes adjacentes se chevauchent, fournissant ainsi une nouvelle perspective de vision.

Andreas Brücker a répliqué ce phénomène : “l’objectif était de développer des yeux à facettes micro-optiques contenant de multiples canaux d’images parallèles. Ceux-ci devaient être extrêmement compacts, d’une taille inférieure à 0,5 millimètres”. Pour réussir cette performance, il a étudié la façon suivant laquelle, dans des yeux à facettes artificiels, les images sont créées. Le système technique qu’il a mis au point est capable de traiter le chevauchement de tous les points de l’image captés par les facettes. En connaissant avec précision la sensibilité angulaire, les signaux-images des facettes adjacentes peuvent être comparés les uns aux autres. Ainsi, il est possible de déterminer la position de l’objet présent dans un champ visuel en deux dimensions, avec une précision grandement supérieure à la résolution même de l’image.

Une étude comparative a montré que les yeux à facettes artificiels peuvent transmettre une information avec une résolution de 625 x 625 pixels alors que le nombre de pixels d’image disponibles est limité à 50 x 50. Le capteur peut reconnaître des objets simples, déterminer précisément leur position et leur taille et détecter fidèlement leurs mouvements.

Pour la qualité de son mémoire, Brückner a reçu le premier prix scientifique Hugo-Geiger. Au sein de l’IOF, plusieurs projets sont actuellement en cours afin d’implémenter ce procédé, comme par exemple dans les détecteurs de position du soleil pour l’industrie automobile ou la reconnaissance de voies routières dans les systèmes d’assistance au conducteur.

Source ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/54857.htm

Un nouveau procédé de fabrication a été développé par des chercheurs de l’Institut Fraunhofer de mécanique des matériaux (IWM) : il s’applique à des matériaux fragiles et permettrait d’effectuer des coupes de façon plus économique tout en produisant des arêtes de qualité supérieure. Ce projet a été soutenu par le Ministère fédéral de l’enseignement et de la recherche (BMBF).

Le verre, par exemple, est un matériau fragile offrant diverses applications possibles. Une des clés pour obtenir un produit de qualité à base de verre est d’en maîtriser les procédés de fabrication, en particulier la coupe. Le procédé traditionnel de coupe utilisé pour une tranche de verre repose sur l’utilisation d’une petite roue qui trace une ligne sur cette tranche. Une contrainte est ensuite appliquée le long de cette ligne jusqu’à obtention de la rupture. Cette méthode fait apparaître des éclats de verre, qui eux-mêmes engendrent des microfissures dans le matériau, défauts qui doivent ensuite être éliminés par meulage et par polissage. Toutefois, des contraintes internes subsistent dans le matériau, qui diminuent sa dureté [1]. Ce procédé implique donc des dépenses importantes et restreint les choix en termes de forme. De ce fait, les chercheurs ont voulu trouver une nouvelle méthode.

Le procédé développé par Dr. Rainer Kübler et son équipe de l’IWM a obtenu le prix Joseph-von-Fraunhofer 2008. Dotée de 20.000 euros, cette récompense est attribuée chaque année aux chercheurs de la société Fraunhofer qui ont su établir des projets innovants et applicables. Leur innovation réside dans l’utilisation d’un rayon laser et d’un jeu de températures. Dr. Kübler raconte : “nous utilisons un rayon laser de CO2 pour chauffer le verre le long de la ligne de séparation souhaitée sans l’endommager”. Cette phase est suivie d’un refroidissement par chocs du matériau : un jet réfrigérant refroidit le matériau localement juste après le passage du rayon laser. Cette différence de température provoque un champ de tension qui engendre la fissure. Des simulations numériques ont permis de contrôler le matériau en premier lieu et plus particulièrement la fissure. “Notre procédé permet de créer une arête d’une qualité extrêmement élevée”, continue Dr. Kübler en soulignant que “arêtes lisses et sans défauts” sont synonymes de “verre plus stable”. En effet, la dureté des arêtes détermine inévitablement la dureté de toute la tranche de verre.

Moins une arête possède de défauts, plus l’épaisseur de la tranche peut être réduite sans pour autant perdre en dureté. De de fait, le procédé présente d’intéressantes perspectives d’application dans l’architecture. L’entreprise Grenzebach, partenaire de l’IWM lors du projet, est un acteur mondial de la technologie du verre, ce qui aidera le procédé à obtenir une reconnaissance mondiale.

Source ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/54864.htm

La Polytechnic University of Hong Kong (PolyU) a été distingué avec l’un des plus prestigieux prix du Salon International des Inventions, des Techniques et Produits qui s’est tenu du 2 au 6 avril 2008 à Genève.

Le Prix de la Presse Internationale a été remis au Professeur Lee Wing-Bun, directeur du Département de Génie des Systèmes Industriels, pour son “système d’éclairage des rues LED à haute puissance avec un accroche-lampe modulaire”.

Ce dispositif d’éclairage public consomme seulement un dixième de l’énergie d’un système normal. Cette économie d’énergie réside dans la combinaison de lampes à LED (Light-Emitting Diode) sur un support modulaire et de l’utilisation de surfaces optiques qui uniformisent la distribution de lumière et permettent ainsi une meilleure efficacité énergétique selon le PolyU.

Voir le communiqué de presse du PolyU

Des chercheurs de l’Institut Fraunhofer des technologies chimiques (ICT) ont réussi à créer des hologrammes à partir d’explosifs. Les hologrammes ont pour but de protéger contre les falsifications de divers objets tels que les billets de banques, les cartes bancaires ou même les tickets de concerts.

Différentes orientations des faisceaux lumineux (souvent générés par un laser) permettent d’obtenir différentes images. Un prototype de modèle peut ainsi être construit à l’aide d’un matériau photosensible, par exemple de la résine photosensible. A partir de ce prototype (trop mou pour être utilisé directement comme modèle lors du moulage), un modèle en nickel est élaboré, qui sera utilisé pour imprimer l’hologramme sur un film plastique, tel qu’une carte bancaire ou un ticket de concert.

Aujourd’hui, les chercheurs de l’ICT à Pfinztal utilisent des explosifs pour l’impression d’hologrammes, directement appliquée sur de l’acier à partir d’un modèle. Un dosage exact de l’explosif permet d’obtenir des motifs très précis, de l’ordre de la centaine de nanomètres. “Personne ne croyait que c’était possible”, raconte le chef du projet Günter Helferich. Presque tous les matériaux peuvent servir de modèle : qu’il s’agisse de cuir, de bois, d’une matière textile ou encore de sable.

Un film explosif est appliqué sur le modèle et la détonation provoque une pression de 70 kilobar en surface qui imprime l’acier. Le procédé est simple et rapide. Mais le modèle est détruit lors du procédé, ce qui empêche une réitération du processus. C’est pourquoi les chercheurs de l’ICT et leurs partenaires industriels veulent développer des outils d’acier aux structures holographiques (voir figure), sortes de “tampons” pour hologrammes, destinés à être appliqués sur des parties plastiques.

Ces travaux sont menés dans le cadre du projet “Nanostructuration de surfaces métalliques par des modèles holographiques” soutenu par le Ministère fédéral de l’enseignement et de la recherche (BMBF). Ils incluent également l’impression d’hologrammes par des outils courbés (par exemple des cylindres). Un objectif ambitieux car il s’agit de structures tellement petites qu’elles ne sont même pas identifiables au microscope optique. Le besoin de techniciens spécialisés et de matériel adéquat en font un procédé coûteux. Selon Helferich, la nouvelle technique représente un progrès supplémentaire en terme de protection contre la falsification.

Source ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/53812.htm

Des chercheurs du Nano Machine Center à University of California à Los Angeles (UCLA) ont développé un nouveau type de nanosystème capable de piéger dans des mésopores des molécules pour le traitement du cancer et de les relâcher dans des cellules cancéreuses en réponse à un stimulus de lumière. Ce système appelé “nanoimpeller” est le premier système contrôlé par la lumière capable d’agir dans des cellules vivantes.

Les nanosystèmes mécaniques conçus pour capturer et relâcher des molécules en réponse à un stimulus font l’objet d’une activité de recherche croissante. Plusieurs équipes s’intéressent à développer un matériau photoactivé qui pourrait ainsi délivrer un médicament sous contrôle externe à un endroit et à un moment précis. Les nanosystèmes pour ce type d’applications doivent être constitués à la fois d’un contenant approprié et d’un composant mobile photoactivable qui permette de délivrer les charges du contenant. L’équipe dirigée par Fuyuhiko Tamanoi et Jeffrey Zink au California NanoSystems Institute (CNSI) de UC Los Angeles vient de développer un nanosystème qui utilise du silicum mésoporeux (pores de 200nm de diamètre) pour le contenant et des dérivés azobenzène greffés à l’intérieur des pores comme partie mobile photo sensible. On sait en effet que ces composés ont la propriété d’évoluer entre deux configurations isomères Cis et Trans sous l’effet d’une irradiation lumineuse (photo-isomèrisation). Pour tester l’efficacité de ces “nanoimpellers” pour transporter et délivrer sous contrôle externe des agents thérapeutiques dans des cellules cancéreuses, les chercheurs ont chargé les mésopores du substrat avec des molécules pour traiter in vitro différents types de cellules humaines cancéreuses (cancer du colon et du pancréas). Après une période d’incubation dans le noir, les cellules ont été irradiées sous différentes longueurs d’onde et différentes puissances, permettant aux azobenzènes de changer de configuration et de relâcher ainsi les molécules au niveau des cellules malignes.

La microscopie confocale montre que les “nanoimpellers” peuvent être contrôlés à la fois par l’intensité de la lumière, sa longueur d’onde et le temps d’exposition, ce qui permet de délivrer des doses mesurées à des moments précis. Un contrôle précis de ces différents paramètres permet donc d’envisager l’administration de médicaments depuis ces mésopores dans des sites spécifiques et à des moments précis. D’après Tamanoi et Zink, ce système a des applications potentielles dans le traitement des cancers du colon et de l’estomac : le fait de pouvoir contrôler de l’extérieur la délivrance des agents thérapeutiques permet d’administrer des petites doses régulièrement et de profiter ainsi d’une meilleure efficacité des médicaments.

Source ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/53847.htm

Après l’invention d’une puce de modulation optique sur silicium, IBM plonge un peu plus dans la lumière en mettant au point un switch nanophotonique, qui se chargera de faire circuler des données à très haut débit entre les multiples coeurs d’un même processeur.

L’idée est toujours d’exploiter la lumière plutôt que les électrons, ce qui permet de véhiculer un nombre bien plus important de données en consommant beaucoup moins d’énergie.  Les signaux électriques sont modulés en impulsions lumineuses, les switchs nanophotoniques les dirigent ensuite au sein même du processeur multicoeur, pour ensuite être reconverties en signaux électriques que l’électronique pourra correctement interpréter.

« Cette invention est un ajout crucial dans la fabrication d’un réseau optique intégré à une puce électronique » explique Yurii Vlasov, responsable du projet chez IBM. Ce dernier affirme que l’idée d’un tel réseau optique intégré est « de plus en plus réaliste », ce qui pourrait considérablement accélérer les processeurs multicoeurs.

Techniquement, ce switch nanophotonique d’IBM est minuscule, on peut en disposer 2000 sur une surface de seulement un millimètre carré. Il peut diriger le trafic de plusieurs longueurs d’onde optiques en même temps, pour arriver à un débit de 1 Tbit/s (40 Gbits/s pour une seule longueur d’onde). De plus, les chercheurs d’IBM ont testé le switch dans un environnement normal de processeur, et il fonctionne parfaitement à haute température.

Ce réseau optique « on-chip » (intégré à la puce) représente pour IBM l’avenir du multicoeur à haut niveau. La firme explique que ce système s’adaptera très bien à des puces contenant des dizaines, voire des centaines de coeurs, alors que des connexions classiques en cuivre montreraient ici leurs limites : trop chaud, trop lent, trop gourmand.

Source PC IMPACT :
http://www.pcinpact.com/actu/news/42473-IBM-switch-nanophotonique.htm?vc=1

Des physiciens de l’Institut Max-Born (MBI) et de l’Institut Ferdinand Braun pour les techniques de haute fréquence (FBH) ont établi un nouveau record de durée d’impulsion avec un laser à disque semi-conducteur (aussi appelé diode laser à cavité verticale émettant par la surface, “VCSEL” [1]) : seulement 290 femtosecondes (1 femtoseconde = 1 mille-milliardième de seconde), contre 480 femtosecondes pour l’ancien record.

Ce type de laser est actuellement celui qui remplit au mieux les critères requis, à savoir qu’il permet l’obtention de rayons à impulsions courtes à différentes longueur d’ondes, tout en étant à la fois maniable et bon marché, fonctionnant à partir d’une structure semi-conductrice assimilée à un “disque semi-conducteur”. Des chercheurs du monde entier tentent d’optimiser ces appareils, parmi lesquels les chercheurs Dr. Peter Klopp et Dr. Uwe Griebner et leurs collègues du MBI et du FHB, qui se concentrent principalement sur la réduction des durées d’impulsion. Plus les impulsions sont courtes, plus leur énergie est concentrée. De cette façon, un matériau peut être traité plus efficacement et les mesures effectuées sont plus exactes, comparables à celles faites à partir de microscopes. Selon Peter Klopp, ce nouveau record représenterait “un record pour les lasers à semi-conducteurs en général”.

Le “disque semi-conducteur”, plus fin qu’un cheveu, est composé de quatre couches extrêmement fines de InGaAs, indium gallium arsenic. Ces couches se comportent comme des “puits quantiques” [2], et les photons générés par apport d’énergie sont émis à la verticale par la surface, moyennant un absorbeur saturable.

En théorie, les lasers à disque semi-conducteur permettent d’obtenir des impulsions de moins de 100 femtosecondes. Selon Peter Klopp, un des principaux obstacles pour parvenir à de tels résultats est le “chirp”. Ce terme désigne la modulation en fréquences qui implique que la durée d’impulsion devient plus longue avec le temps [3]. En diminuant l’épaisseur du disque et en utilisant un revêtement, les chercheurs allemands ont réussi à diminuer le chirp provenant de réflexions internes. Mais cette modulation a également lieu lorsque l’impulsion se propage à travers le semi-conducteur : la quantité de porteurs de charges libres change dans le temps, impliquant une modification de l’indice de réfraction. Dans la structure semi-conductrice émettant la lumière, la densité de porteurs de charge diminue tandis qu’elle augmente dans l’absorbeur saturable. Ce dernier phénomène crée idéalement un chirp inversé, agissant de façon compensatoire.

Les constructeurs de laser ont déjà commandé de tels lasers avec un complément spécial : en introduisant d’autres matériaux semi-conducteurs au système, les lasers peuvent générer non seulement des impulsions infrarouges mais aussi bien d’autres longueurs d’ondes atteignant le domaine des ultra-violets.

C’est une avancée importante - pour l’industrie autant que pour la recherche - car les applications sont multiples : examen des procédés de réactions biochimiques, médecine, traitement des matériaux, etc.

- [1] Article de Wikipédia sur les VCSEL :
      http://redirectix.bulletins-electroniques.com/70UIE
- [2] Article de Wikipédia sur les puits quantiques :
      http://fr.wikipedia.org/wiki/Puits_quantique
- [3] Article de Wikipédia sur le chirp :
      http://fr.wikipedia.org/wiki/Chirp

Source ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/53704.htm

Fig. 1 : a) Fil d’or de 30 nm de diamètre et 4 µm de long. b) Observation PEEM du signal d’électrons émis montrant les interférences entre la lumière incidente et le plasmon qui se propage le long du fil.

Fig.2 : Visualisation par PEEM de l’excitation du mode de plasmon d’un bâtonnet de 100 nm de long par de la lumière à 807 nm.

Une équipe de chercheurs du CEA (1) et de l’Université de Technologie de Troyes associée au CNRS (2) a visualisé, au microscope, des plasmons à la surface de conducteurs mesurant 30 nanomètres. L’utilisation de ces plasmons, signaux à la limite de l’électronique et de l’optique, devient, à cette échelle, un enjeu important pour la miniaturisation recherchée des circuits électroniques.
C’est la première fois que des images d’une telle résolution sont obtenues pour ces phénomènes étudiés depuis une dizaine d’années. Cette observation fait l’objet d’une publication dans Nano Letters du 12 mars 2008.
En électronique, les efforts technologiques se poursuivent pour réaliser des circuits de plus en plus fins et permettant de traiter l’information à des fréquences de plus en plus élevées. Si les dispositifs électroniques deviennent plus petits et plus complexes (les micro-processeurs des ordinateurs), ils restent limités à des fréquences usuelles de l’ordre du gigahertz. Les fréquences optiques sont un million de fois plus élevées (1015 Hz), mais les limites spatiales imposées par la longueur d’onde de la lumière (de l’ordre du micron) empêchent une miniaturisation plus poussée.
Pour réduire encore la longueur d’onde, et en quelque sorte comprimer la lumière, une solution consiste à convertir le signal lumineux en « plasmon ». Le plasmon est un phénomène ayant tous les caractères d’une onde lumineuse, sauf qu’il reste bloqué aux parois d’un métal conducteur. Lorsque le diamètre de l’objet métallique est réduit à 30 nm, le plasmon développe un mode dit « lent » (on parle de plasmon lent). Or ce mode lent a la propriété d’osciller à la fréquence de l’onde lumineuse tout en ayant une longueur d’onde très inférieure à celle de  la lumière !
Les chercheurs s’y intéressent car c’est à cette même échelle approchant les 30 nm que se poseront bientôt les limites de miniaturisation en électronique.
Ces principes étaient connus, mais il restait à les observer concrètement. Lorsque le plasmon excité par la lumière se propage sur le conducteur, différents effets secondaires apparaissent, parmi lesquels l’émission d’électrons. Les chercheurs ont donc utilisé un microscope PEEM (Photo Emission Electron Microscopy) pour obtenir ces images.
La première figure montre l’émission issue d’un fil d’or. Les modulations d’intensité résultent des interférences entre le plasmon lent et l’onde lumineuse d’excitation.
L’image à très haute résolution (fig.2) montre un mode lent d’excitation plasmon d’un « bâtonnet » de 100 nm de long par de la lumière de longueur d’onde 807 nm. Ici on peut comprimer par 3 la longueur d’onde par rapport à la longueur d’onde de la lumière (entre 250 et 300 nm).
En convertissant l’information d’un signal optique vers un plasmon lent, on peut ainsi envisager, pour des structures voisines de 30 nm, de concilier les hautes fréquences optiques et les dimensions « classiques » de l’électronique silicium.

Notes :
(1) CEA-Iramis : Institut rayonnement matière Saclay.
(2) CNRS – Institut Charles Delaunay.

Source CNRS :
http://www2.cnrs.fr/presse/communique/1304.htm

Ce n’est pas de la fiction mais le fruit d’une chimie très souple et prometteuse que développe l’équipe de Ludwik Leibler du Laboratoire Matière Molle et Chimie (CNRS/Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de Paris) et dont les travaux, réalisés dans le cadre d’une collaboration étroite avec le groupe de chimie Arkema, ont été publiés dans la revue Nature du 21 février dernier.
A partir d’un système de petites molécules d’acides gras di et trifonctionnelles facilement disponibles, associées astucieusement dans un réseau, ces chercheurs ont réussi à créer un matériau aux propriétés caoutchoutiques capables de s’auto-réparer. En effet, bien que ces caoutchoucs supramoléculaires ne soient pas adhésifs, après coupure leurs surfaces de recollent. Il suffit de les remettre en contact, sans pour autant qu’il soit nécessaire de chauffer ou d’appliquer une forte pression. Une fois réparé, l’échantillon est de nouveau capable de tolérer des déformations considérables, de 100 à 400%, avant de se rompre à nouveau. Qui plus est, ce processus peut être répété plusieurs fois. Plus étonnant encore, la réparation peut s’effectuer plusieurs heures après l’endommagement.
Des produits et des matériaux, basés sur ces travaux, sont en cours de développement au sein d’Arkema.

Source ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/53632.htm

Une équipe de chercheurs utilise un rayonnement en  infrarouge proche pour détecter la maladie d’Alzheimer dans les stades précoces. La technique pourrait être révolutionnaire car les méthodes actuelles de diagnostic de la maladie exigent un examen post-mortem.

La nouvelle technique développée par Hanlon et ses collaborateurs de la Harvard Medical School, Beth Israel Deaconess Medical Center et Boston University permet de détecter les modifications des propriétés optiques du cerveau qui se produisent lorsque le tissu subit des changements microscopiques dues à la maladie d’Alzheimer, parfois nettement avant l’apparition des symptômes cliniques.

Lien vers l’article en anglais :
http://psychcentral.com/news/2008/03/21/new-method-to-detect-alzheimers/2064.html

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Archives des Flashs OPTINEWS

Schéma de principe de la reconnaissance des cellules tumorales par les nanoparticules (3).

Des chercheurs de plusieurs laboratoires associés au CNRS (1) ont réussi à synthétiser des nanoparticules poreuses, capables d’absorber l’énergie de deux photons dans le proche infrarouge et de réémettre par fluorescence un rayonnement utilisé pour l’imagerie médicale. Ces nanoparticules biphotoniques devraient permettre une détection plus précise des cellules tumorales et à terme un traitement plus ciblé. Ces résultats, déjà en ligne sur le site de la revue Chemistry of Materials, sont publiés le 25 mars 2008.

Actuellement, l’imagerie médicale des cellules tumorales repose sur la fluorescence émise par des groupements chimiques capables d’absorber l’énergie d’un photon. Ces molécules, appelées fluorophores, sont excitées dans l’ultraviolet visible. L’imagerie monophotonique reste assez peu précise. Cette limite devrait bientôt être levée grâce aux travaux de chercheurs issus de laboratoires associés au CNRS (1).

Ces chercheurs ont réussi à mettre au point des fluorophores organiques (molécules aromatiques) biphotoniques capables d’absorber simultanément deux photons dans le proche infrarouge. Ils les ont ensuite encapsulés dans des nanoparticules poreuses pour permettre leur circulation en milieu biologique. L’originalité de ce travail réside dans le fait que, contrairement aux longueurs d’onde ultraviolettes, les longueurs d’onde infrarouges pénètrent plus profondément dans les tissus et sont moins énergétiques, ce qui a pour avantage d’explorer plus profondément les tumeurs sans pour autant endommager les tissus. De plus, l’utilisation de fluorophores biphotoniques favorise l’accès à une résolution spatiale en 3D, permettant de détecter et, à terme, de traiter de façon plus précise les cellules tumorales. L’une des voies envisagées serait d’encapsuler dans les pores des nanoparticules de silice, outre l’agent fluorescent, des médicaments capables de traiter localement la cellule cancéreuse.

Les chercheurs se sont également intéressés à la fonctionnalisation de ces nanoparticules afin de créer de nouveaux marqueurs biologiques capables d’interagir avec des cellules cancéreuses du sein et du col de l’utérus. Pour ce faire, ils ont greffé sur les nanoparticules une monocouche constituée d’un polymère hydrophile (PEG : polyéthylène glycol) et d’acide folique. Ce dernier constitue le ligand (2) reconnu par les récepteurs des cellules des lignées HeLa (cancer du col de l’utérus) et MCF7 (cancer du sein) (voir schéma). Ces résultats devraient permettre d’effectuer le ciblage et l’imagerie de la tumeur en 3D. D’autres fonctionnalisations pourraient être envisagées permettant la détection d’autres tumeurs.

Notes :
(1) Institut Charles Gerhardt Montpellier (CNRS / Université de Montpellier 2) ; Institut européen des membranes (CNRS / Université de Montpellier 2) ; Laboratoire de chimie et photonique moléculaires (CNRS / Université de Rennes 1) ; Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (CNRS) (*) et Laboratoire physico-chimie, pharmacotechnie et biopharmacie (CNRS / Université de Paris 11 Paris-Sud) (**).
   (*) David N’Guyen, Etienne Duguet (**) Catherine Dubernet, Delphine Méthy-Gonnod.
(2) Molécule se fixant dans le site actif d’une protéine. Cette fixation déclenche généralement une réponse biologique.
(3) ICGM (cette image est disponible auprès de la photothèque du CNRS, phototheque@cnrs-bellevue.fr)

Références :
Synthesis and characterisation of fluorescently doped mesoporous nanoparticles for two-photon excitation, Valérie Lebret, Laurence Raehm, Jean-Olivier Durand, Corine Gerardin, Monique Smaïhi, Nicolas Nerambourg, Martinus H. V. Werts, Mireille Blanchard-Desce, Chemistry of Materials, 25 mars 2008.

Source CNRS : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/1312.htm

L’écran A4 BiNem noir et blanc conçu par Nemoptic, une entreprise spécialisée dans le papier électronique (e-paper) pour applications portables grand public et professionnelles, présente la particularité de pouvoir conserver une image sans consommer aucune énergie, en dehors des mises à jour effectuées en moins d’une seconde, et offre un confort de lecture exceptionnel, comparable à la lecture sur papier. Avec 200 dpi, cet écran, dont l’épaisseur est inférieure à 2 mm et la luminosité dépasse les 30%, possède à ce jour la meilleure résolution du marché des écrans e-paper passifs de ce format (1650 x 2340 pixels). Il vient d’être présenté dans la cadre de l’atelier “Lectures de demain” lors du Salon du Livre de Paris qui s’est déroulé du 14 au 19 mars. Cet atelier s’articulait autour d’un parcours initiatique constitué de quatre pôles : E-book et encre électronique, supports nomades, savoir, numérisation.

“Cette présentation des nouvelles technologies de papier électronique au Salon du Livre montre bien le poids croissant des nouvelles formes de lecture dans le domaine de l’écrit”, explique Jacques Noels, le PDG de cette entreprise qui fêtera ses dix ans l’année prochaine. Rappelons que Nemoptic, basée à Paris, a déjà levé plus de 35 millions d’euros. Aujourd’hui, elle dispose d’une unité de production pilote en Suède et produit en grande série dans l’usine de Seiko Instruments Inc, au Japon. Précisons que la technologie de rupture BiNem (Bistable Nematic) qu’elle a développé peut être appliquée non seulement aux étiquettes électroniques, aux solutions points de vente et à la domotique mais aussi à de nombreux produits portables comme les livres et les journaux électroniques, les PC ultra-portables et les téléphones mobiles.

Source ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/53625.htm

La société japonaise Optware, connue notamment pour ses disques optiques à stockage holographique, a mis au point une technologie d’impression à partir de données numériques 3D où les images ont l’air de flotter au-dessus de la surface imprimée.

L’acquisition des données à imprimer est effectuée avec un enregistrement holographique dont la technologie a été empruntée à l’université de Toyohashi. Les données peuvent aussi provenir de formats 3D “standards” comme CAD ou bien de scanner à rayon X (Computer Tomography). Elles sont alors ensuite adaptées pour être imprimées.

La surface d’impression est une feuille transparente recouverte d’un polymère photosensible. Les points imprimés au laser ne font que quelques nanomètres de diamètre. La réfraction des points est ensuite légèrement altérée de manière à ce que la lumière réfléchie par l’image imprimée génère des interférences qui laissent apparaître une image semblant flotter au-dessus de la feuille. Avec ce procédé, un objet imprimé de 5 cm2 de surface semble flotter à 2-3 cm au-dessus de son support d’impression. L’impression d’un mètre carré de surface prend 30 min avec cette méthode.

Optware envisage des applications dans la publicité, les catalogues imprimés et l’impression d’images médicales. Des brevets ont déjà été déposés au Japon, en Europe, aux Etats-Unis et en Russie. Optware va créer un partenariat avec un fabricant de périphériques de communication pour espérer pouvoir commercialiser une imprimante 3D dès cet été.

Source ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/53654.htm

La branche Laboratories de Fujitsu et l’institut allemand Heinrich Hertz ont mis au point le premier commutateur optique (optical switch) ultra-rapide muni d’un système d’amplification de signal pour la prochaine génération de communications optiques à grande vitesse où les débits dépasseront les 100 Gigabits par seconde (Gbps). Lors de tests, des ondes ultra-rapides à des vitesses allant jusqu’à 640Gbps, ont pu être observées grâce à une résolution temporelle ultra-élevée. De plus, ils ont réussi à recevoir en 64 canaux de 10 Gbps, des signaux ultra-rapides à des vitesses de 640Gbps. Ils ont pu également vérifier expérimentalement que leur commutateur sortait des signaux 6 fois plus élevés (7,6 décibels) que la totalité du signal d’entrée dont la bande était située entre 1530 nanomètres et 1565 manomètres (la Bande C qui est la plus utilisée dans les dorsales optiques de réseaux de communication). Enfin, ils ont montré, en commutant des signaux modulés en phase, que la commutation établie par leur dispositif ne dépendait pas du format de modulation de l’onde.

Actuellement, les lignes reliant les grandes villes (les dorsales de communications) ont des débits de 10 Gbps. En communication optique, la puissance du signal est divisée par plus de 100 lorsqu’il voyage sur des distances de plus de 100 km. Avec le bruitage des lignes, le signal ne serait plus lisible s’il n’était pas amplifié toutes les quelques dizaines de kilomètres. Outre l’amplification, on peut aussi réduire le bruit pour améliorer la qualité du signal. Dans le cas de débits de 10 Gbps, celui-ci peut-être éliminé assez facilement en convertissant le signal optique en signal électrique sur une petit tronçon de la ligne avant de le reconvertir en signal optique.

Cependant, pour des raisons de consommation électrique et de détails techniques (taille des équipements qui seraient impliqués) une telle transformation n’est plus envisageable pour les débits de 100 Gbps qui devraient être introduits par la nouvelle génération après 2010. La solution semble être le “tout-optique” mais les commutateurs optiques classiques, bien que très rapides, font perdre au signal de sa puissance. Il faudra donc, d’ici 2010, trouver des méthodes pour s’affranchir du bruit.

Fujitsu Laboratories et l’institut Heinrich Hertz proposent une solution à ce problème. Leur nouveau commutateur fait passer le signal optique dans une fibre monomode (un seul rayon de lumière dans la fibre) fortement non linéaire (la fonction de transfert dépend du signal d’entrée) de 30 mètres munie d’amplification. Ici l’effet non linéaire est multiplié par 10 en comparaison des fibres non linéaires conventionnelles ce qui permet des débits de commutation théoriques de 1 terabit par seconde (tbps). L’amplification est obtenue en sélectionnant les parties basses de l’onde du signal. Le bruit étant accumulé dans la partie haute, cette opération a pour effet de l’atténuer. C’est une amplification paramétrique. Le commutateur développé est ainsi le premier commutateur optique ultra-rapide muni d’un système d’amplification.

Avec des optimisations de la fibre non-linéaire, l’amplification peut atteindre un facteur supérieur à 100 (20 décibels) ce qui pourrait permettre le traitement d’un plus grand panel de longueurs d’ondes que la bande C et d’atteindre des commutations de débits allant jusqu’à 1 tbps.

Le commutateur est l’un des éléments de base pour le traitement du signal. Le nouveau dispositif pourra donc être utilisé comme brique de base des réseaux photoniques de la prochaine génération, le “tout-optique”. On pourra le retrouver notamment dans des dispositifs de contrôle d’ondes optiques à ultra-résolution temporelle (comme des oscilloscopes haute fidélité), dans les transmissions de données ultra-rapides et il facilitera la régénération optique (technologie qui redonne à un signal dégradé sa qualité d’origine). Lors des tests de ces applications tout-optique, de la fibre fortement non-linéaire de 20-30 m était utilisée. Cette taille, bien que pouvant encore être diminuée est d’ores et déjà considérée comme acceptable pour la mise en pratique future de ce commutateur. Fujitsu Laboratories et l’institut Heinrich-Hertz envisagent une version définitive de leur produit dans 5 ans.

Source ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/53571.htm

Un prototype commercial d’appareil de diffraction de rayons X femtoseconde a été développé par des physiciens et des constructeurs allemands. Au service de la recherche fondamentale en physique, chimie et science des matériaux, cet appareil permet de mettre en évidence les mouvements d’atomes rapides. Cet appareil a été développé par des physiciens de l’Institut Max-Born d’optique non linéaire et de spectroscopie rapide (MBI) de Berlin-Adlersdorf en collaboration avec les entreprises IfG - Institute for Scientific Instruments GmbH et Feinmechanik Teltow. Une installation modulaire permet la génération d’impulsions de rayons X durs dont la durée n’est que de quelques dixièmes de picosecondes (10E-12 secondes).

Jusqu’à aujourd’hui, très peu de chercheurs, parmi lesquels l’équipe du MBI, ont réussi à produire de telles impulsions de rayons X. Selon le Prof. Matthias Bargheer, les essais réalisés auparavant n’étaient pas adaptables à d’autres laboratoires, contrairement au nouveau prototype qui pourra dorénavant être utilisé par d’autres physiciens dont le laser n’est pas la spécialité, car il est “plus accessible qu’un tomographe axial rayons X” (scanner).

Grâce à cette diffraction de rayons X femtoseconde, l’équipe a réussi à observer des mouvements d’atomes ultrarapides dans différentes nanostructures et a pu identifier les mécanismes menant à des modifications de structure. Par exemple, elle a déterminé comment l’excitation optique d’une nanocouche métallo-ferroélectrique permet de faire disparaître la polarisation électrique en un temps proche d’une picoseconde.

Cette avancée permettra d’optimiser les différents composants électroniques afin d’améliorer encore la vitesse des ordinateurs, les nanostructures de semi-conducteurs ou encore les cristaux moléculaires.

Source ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/53600.htm

A l’University of Notre Dame, Indiana, un groupe de chercheurs dirigé par Dr Prashant V. Kamat a mis au point des cellules photovoltaïques en combinant des quantum dots semiconducteurs de différentes tailles et des nanotubes de TiO2 à la place des semiconducteurs classiquement utilisés, les rendant beaucoup plus efficaces. L’étude, soutenue par l’Office of Basic Energy Sciences du Department of Energy est publiée dans le Journal of the American Chemical Society.

Les scientifiques utilisent ces quantum dots de Cadmium Selenide (CdSe) semiconducteurs plutôt que d’autres matériaux car ils présentent l’unique avantage d’absorber certaines longueurs d’ondes de la lumière, en fonction de leur taille : les quantum dots plus petits vont absorber des longueurs d’ondes plus courtes, les plus grands vont en absorber de plus longues. En combinant plusieurs types de Quantum dots de CdSe, les chercheurs peuvent donc créer des cellules photosensibles qui absorbent un plus grand spectre de lumière et sont par là même plus efficaces. L’équipe a arrangé ces quantum dots en motif ordonné sur la surface d’un film d’épaisseur nanométrique, et y ont intégré des nanotubes de dioxyde de Titane (TiO2). Les quantum dots absorbent les photons et produisent des électrons qui sont alors transportés par les nanotubes et collectés par une électrode, produisant ainsi le photocourant.

Outre l’absorption de longueurs d’onde particulières, les chercheurs ont remarqué que la taille des quantum dots a une influence sur la performance, en faisant l’expérience avec quatre types de ces nanoparticules (entre 2,3 et 3,7 nm de diamètre, elles présentent des pics d’absorption à des longueurs d’onde situées entre 505 et 580 nm). Les plus petits quantum dots peuvent convertir plus rapidement les photons en électrons, quand les plus larges absorbent un plus grand pourcentage de photons. Les quantum dots de 3nm de diamètre offrent le meilleur compromis. Après le développement de la première cellule photovoltaïque composée de différents types de quantum dots, les chercheurs prévoient pour les prochaines étapes de leur recherche de créer des cellules “arc en ciel”, en superposant des couches de quantum dots en fonction de leur taille : sur la couche externe, les plus petits absorbent le bleu, et la lumière rouge (longueur d’onde plus grande) passe à travers cette couche pour atteindre la couche interne composée des quantum dots les plus larges qui absorbent le rouge, créant ainsi un gradient d’absorption “arc en ciel”, tout en combinant les effets de conversion rapide des petits quantum dots et de taux d’absorption important des quantum dots plus larges.

Les cellules photosensibles actuelles en silicium ont une efficacité de 15 à 20%, le reste est perdu en chaleur. Kamat prévoit une efficacité plus importante avec ces nouveaux types de cellules photovoltaïques “arc en ciel”, qui pourrait facilement dépasser les 30%.

Sources :
- ADIT :
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/53560.htm
- Nanowerk news :
http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=4832.php
- Physorg :
http://www.physorg.com/news124111555.html