Art & Science Image Prize – Applications

01 – Confrontation

A gauche : un agrégat de sol, majoritairement constitué de minéraux, argiles et quartz, et également de microorganismes, champignons regroupés (haut gauche de l’image) et bactéries individualisées au sein de la matrice minérale.
A droite : un microplastique, se distinguant par sa structure partiellement alvéolaire.
Ces deux microstructures co-existent, apposées l’une contre l’autre, au sein de la matrice organo-minérale d’un sol cultivé.

S’opposent, la structure rigide et contrastée de l’agrégat, à celle a priori plus fragile et pâle du microplastique.
S’opposent le microhabitat abritant la vie, à la membrane de synthèse potentiellement toxique.
Cette juxtaposition nous confronte à de nombreuses questions quant aux interactions entre ces microstructures et à leur impact sur le biofonctionnement du sol. Biodégradation partielle ou complète des plastiques ? Ou au contraire accumulation et toxicité de ces polymères ? Ou bien encore nouvelle surface biocompatible ? …..

La micromorphologie pour interpeller sur le fonctionnement de l’écosystème sol : appréhendée au sein des océans, qu’en est-il de cette contamination au sein des sols ?

Photo prise en microscopie électronique à transmission – Dimensions: 10,5 µm x 14,5 µm
 

02 – One can’t make science without breaking eggs

What you see in this image are small gold nanoparticles (particles with a diameter of 10^-9 m) assembled in a spherical shape – recorded on a transmission electron microscopy with a magnification of 200 000X. Usually whole, the one presented here was most likely cracked during preparation of the sample – giving us the impression of a cracked egg. To put things in perspective, instead of using 2 chicken eggs for an omelette, you would need more than 2500 trillion of these tiny nanoparticle eggs to cook the same omelette. You can now imagine how difficult it is to recover these objects once released and wonder what their impact on environment and health are. This is the main theme of our submission: scientific work cannot be achieved without some sacrifices or breaking eggs as seen in the picture. The expression one cannot make an omelette without breaking eggs could not have been more appropriate to represent this situation. The scientist has obligations towards society and he must try to mitigate these risks to the best of his capability. Thus, to do so, one must always question his work and strive for improvement, while breaking as few eggs as possible.
 

03 – One can’t make science without breaking eggs

La construction du nucléaire du futur plus sûr et respectueux de l’environnement passe par une meilleure compréhension de la structure et de la réactivité des nanoparticules d’actinides. Le stockage du combustible nucléaire usé en milieu géologique profond ainsi que son éventuelle dissémination dans l’environnement en cas d’accident requièrent une meilleure caractérisation des nanomatériaux qui peuvent être formés dans ces conditions. Cette image résume des travaux récents visant une meilleure connaissance de la structure locale et réactivité de nanoparticules de plutonium, un élément chimique radioactif d’origine anthropologique et énergétiquement intéressant pour le nucléaire actuel et futur. La comparaison rigoureuse d’une série de nanoparticules de PuO2 avec celles d’un autre élément radioactif, ThO2, a permis de clarifier la structure locale de cette espèce et d’éliminer la contribution controversée d’autres degrés d’oxydation du Pu pouvant modifier le comportement des nanoparticules de PuO2 (rédox, solubilité, dissolution…) en conditions de stockage ou dans l’environnement.
 

04 – Pixel rainbow

Les nanos font partie intégrante de notre quotidien. Pour beaucoup d’entre nous, ils sont le première chose que l’on voit en se réveillant. Les écrans de nos smartphones sont composés d’une multitudes de couches de matériaux nanométriques, certains d’entre eus sont capable d’émettre de la lumière. Une simple goutte d’eau permet de les révéler. On voit alors qu’à partir de trois couleurs – le rouge, le vert et le bleu – il est possible de jouer un formidable tour à notre cerveau et de faire apparaître toutes les couleurs de l’arc-en-ciel.
 

05 – Ligand exchange protocol for Quantum Dots dispersion into photopolymer

This Image presents a new approach to obtain homogenous dispersion of quantum dots (QDs) in photopolymer matrix based on phase transfer from organic solvents to triacrylic monomers. The phase transfer was done by ligand exchange with mono-2-(Methacryloyloxy) ethyl succinate (MES) ligand molecules. After ligand exchange, the QDs are transferred from hexane phase to the acrylate monomer phase showing a compatible and stable photopolymerizable formulation with a narrow blue shift (between 5 and 8 nm) and no significant broadening. This method is promising to obtain homogenous photopolymers for the integration of QDs in optical and plasmonic devices.
 

06 – Smiley

Our ‘SMILEY’ is a top view Scanning Electron Microscopy (SEM) image of ZnO nanowires (NWs) grown on polystyrene beads. The growth of these ZnO NWs on polystyrene beads was achieved by using a simple, low-cost aqueous solution based technique called as the chemical bath deposition method. These NWs totally cover the Polystyrene beads. The average diameter of these NWs is 15 nm while the length is about 500 nm. A single polystyrene bead covered with these NWs resembles a sea-urchin (RSC Advances, 2014, 4, 47234). Urchin-like ZnO NWs that combine properties of 3D and 1D materials emerge as an interesting alternative than simple arrays of NWs due to the higher specific surface and porosity, especially for application in dye, semiconductor-sensitized solar cells and different types of sensors. Recently, we are also growing these NWs on entire wafer-sized substrates (Nanoscale Advances, 2020, 2, 5478) as well as working on fabrication of rare-earth free phosphors using ZnO NWs for lighting applications (Scientific Reports, 2020,10, 4237).
 

07 – Ice and fire

Image introduction: A cellulose nanocrystals microsphere prepared via inverse micro-emulsion method.
Testing technology: Polarized optical microscopy (POM).
Scientific elaboration: Cellulose nanocrystals (CNCs) that extracted from trees are generally regarded as green materials which can be used as sustainable replacements for petrochemical derived polymers and nontoxic templates for multifunctional nanomaterials synthesis. Above the critical concentration, isotropic CNCs suspension can spontaneously form chiral nematic liquid crystalline phases and show unique fingerprint structures under POM. CNCs microsphere with diametre of 202 um was fabricated via inverse micro-emulsion method, where Span80, cyclohexane and CNCs suspension serves as surfactant, oil phase and water phase, respectively. Through the POM with lambda plate, the chiral nematic structure as well as the direction of the nematic director in the microsphere can be clearly observed. This POM image may partially reveal the self-assembling evolution of CNCs in spherical confinement.
Artistic implication: Blue represents icelike rational mind and red represents firelike enthusiasm. Only when they exist at the same time, a splendid scientific world can be established.
 

08 – Nano Moai

Le nanotube de carbone multiparois visible en microscopie électronique à transmission (UMS Castaing, Toulouse) sur la partie gauche m’évoque les statues Moai de l’île de Paques, à l’échelle nanométrique. Saurez-vous retrouver les deux visages qui se cachent dans l’image ?
 

09 – Building the nanoworld

At the nanoscale, life seems not so different. People are swarming, bringing pieces together, connecting ideas, structuring matter and items to make new things happened. Little by little, the Nanotech world is rising !

Image description : SEM image of a nanocomposite epoxy UV nanoimprinted in the shape of our team logo.
The substrate is a piece of silicone wafer. Cliparts are inspired by rizal.medanguide’ones from Vecteezy.com
 

10 – L’univers de Gulliver

Gulliver voyage et s’expanse dans toutes les dimensions de l’Univers. Est-il guidé par son oiseau-troisième œil, répondant ainsi tel un migrateur à sa boussole interne ?

Si l’évocation de cette image est plutôt cosmique, l’origine n’en est pas moins fortement tellurique: ce sont bien des résidus de parois végétales, issues de la dégradation microbienne de paille d’un fumier de bovin, qui nous parlent de Gulliver.

Légende – Le profil du visage de Gulliver est délimité par des parois végétales présentant des couches de contrastes différents, en raison de leur densité différente en éléments, notamment en carbone. Une spore bactérienne fait office d’œil, tandis que l’oiseau interne est un résidu de colonie microbienne au sein duquel on reconnaît des produits d’origine bactérienne: membranes, spores et exopolymères. Toutes les particules grisées faisant le fond de la photo représentent des granules de biodégradation des matières végétales.
Photo de microscopie électronique à transmission – échelle indiquée sur la photo

 

11 – Une fleur au milieu d’une terre aride

Détecter des molécules peu présentes dans l’air constitue un réel défi. Pour augmenter les chances de capturer les molécules sur des capteurs de taille micrométrique ultrasensibles aux variations de masse (capteurs microgravimétriques), l’idée prometteuse consiste à accroître la surface développée du capteur. Pour cela, la stratégie bio-inspirée résulte dans la formation de structures complexes et organisées de taille nanométrique sur l’ensemble de la surface du capteur pour en accroître cette dernière. L’image ici présentée met en lumière la surface d’un capteur microgravimétrique sur laquelle des nanobâtonnets d’oxyde de titane (TiO2) se sont arrangés pour former une « fleur » à partir d’une couche de germes de TiO2 préalablement déposée. Ces nanostructures, au lieu de croître sur toute la surface, se sont retrouvées isolées sur une couche de germes fissurée. Cette image illustre une terre, qui à cause du réchauffement climatique, est devenue aride. Une fleur, qui de toute sa splendeur, est parvenue a poussé malgré les conditions extrêmes. Cette fleur souligne de sa lumière étincelante une lueur d’espoir pour l’avenir dans la lutte contre le changement climatique.

12 – Mikado de TiO2

Non, c’est n’est pas un biscuit fin au délicieux chocolat que l’on peut manger, mais un Mikado d’oxyde de titane sur la surface d’une couche mince de la même nature. Lorsque on dépose de l’oxyde de titane sur un substrat de silicium, on peut obtenir des microstructures variées, en fonction des conditions utilisés. Cette image, prise avec un microscope électronique à balayage nous offre un aperçu microscopique des différentes microstructures possibles de TiO2.

13 – Rare Orchid

A rare extravagant orchid from the Borneo rainforest? The similarities are striking! How beautiful do every day chemicals look under the polarising light microscope! This is the anti-inflammatory drug, salicine photographed in polarised light, magnified approximately 250 times. 

14 – Réflexion

Alors que le monde de la recherche a investi le champ des nanotechnologies depuis quelques décennies, des organismes vivants les utilisent depuis des millions d’années à leur avantage, ce qui doit nous rendre humbles quant à notre maîtrise de cette technologie naissante. Par cette illustration, j’ai voulu mettre en miroir deux papillons que tout semble opposer et qui pourtant sont tous les deux connectés par le monde des nanos.
En effet, malgré l’absence de pigment, le Morpho possède un bleu intense et magnifique grâce à ses ailes nanostructurées, qui lui permettent de manipuler la lumière du soleil. La nanostructure métallique “papillon” dans laquelle il se reflète a elle été conçue par des chercheurs pour manipuler, à leur tour, la lumière à des échelles nanométriques.

D’une certaine façon, nous avons deux mondes nanos qui se font face, l’un d’une très grande complexité, peaufiné par des millions d’années d’évolution, l’autre d’une simplicité enfantine réalisé par l’humain pour ses besoins, mais qui est encore très loin de la beauté produite par la Nature.

15 – Regard sur le bichromatisme

Les nanostructures pour créer de la couleur !
L’image présentée montre différentes couleurs obtenues avec des nanosphères d’argent.

Ici, on a simplement des nanosphères d’argent dispersées dans un film de polymère et je vous montre que l’on peut avoir de magnifiques couleurs en changeant simplement la taille. L’argent massif est pour nous un miroir mais lorsque l’argent est à l’état de nanoparticules, nous pouvons observer différentes couleurs, ces colorations sont dues à l’absorption !
 
Le matériau ne change pas mais la taille change. C’est un effet de taille ! On pourrait  aussi faire varier les formes, les chimistes savent très bien le faire, on peut faire des triangles, des nanobâtonnets, des cubes, et la résonance change à chaque fois. Nous sommes en présence de particules métalliques, il est donc question de résonance plasmonique. De plus, comme dans la coupe de lycurgue, les nanoparticules ont une taille de 60 nm ce qui leur donnent des effets bichromatiques. Lorsque l’on fait traverser la lumière à travers ce film, on va observer différentes couleurs car l’épaisseur des nanoparticules traversée par la lumière est différente.
 

A travers cette image, je vous montre qu’avec des nanoparticules, on peut contrôler les effets de couleurs  en jouant sur la taille.

16 – Bursted Heart

La logique vous mènera d’un point A à un point B. L’imagination vous emmènera où vous voulez.”
– Albert Einstein

Le statut d’un organisme est démontré par l’état de ses cellules constitutives. Ceci est une image d’un lymphocyte d’un donneur de sang capturé par des anticorps immobilisés sur une puce en or.

Ce donneur a souffert d’un cœur brisé à cause de l’épidémie (apparemment, selon l’état de son lymphocyte ;), cela nous rappelle qu’il faut prioriser nos relations et toujours valoriser nos proches surtout dans les moments les plus difficiles.

17 – One can’t make science without breaking eggs

What you see in this image are small gold nanoparticles (particles with a diameter of 10^-9 m) assembled in a spherical shape – recorded on a transmission electron microscopy with a magnification of 200 000X. Usually whole, the one presented here was most likely cracked during preparation of the sample – giving us the impression of a cracked egg. To put things in perspective, instead of using 2 chicken eggs for an omelette, you would need more than 2500 trillion of these tiny nanoparticle eggs to cook the same omelette. You can now imagine how difficult it is to recover these objects once released and wonder what their impact on environment and health are. This is the main theme of our submission: scientific work cannot be achieved without some sacrifices or breaking eggs as seen in the picture. The expression one cannot make an omelette without breaking eggs could not have been more appropriate to represent this situation. The scientist has obligations towards society and he must try to mitigate these risks to the best of his capability. Thus, to do so, one must always question his work and strive for improvement, while breaking as few eggs as possible. 

18 – There’s Plenty of Colors at the Bottom

Our work is focused on investigation of growth kinetics of carbon nanotubes. On initial grayscale videos, obtained using developed in our lab setup, we found that during synthesis nanotubes can not only grow, but also etch.
We developed a special algorithm that helped to separate these two types of behavior and to run it in two color channels in parallel to each other.
9 color combination for 9 moments of time of the synthesis are invoked to become the homage to works of Andy Warhol, who was able to draw public attention to inconspicuous things. To things, which no one usually paid attention to.
We also present such imperceptible processes which are able to change our world so noticeably.

19 – Cactus de fleur d’étoile de mer

Cette photo de microscopie électronique de balayage nous confirme que rien n’est impossible avec la chimie douce. Les nanotiges d’Oxide de Titane nous fais rappel de Cactus de fleur d’étoile de mer,s’étendant à partir d’un point central en forme de tige molle sans épines et poussant sur une terre craquelée et fendue, cette plante a combattu tout et a donné naissance à une fleur douce et raffinée. Du désespoir née la beauté et dans le sombre il y aura toujours une petite fente permettant l’illumination de chemin.

20 – Galaxy of TiO2

Complex nano-architectures featuring correlated disorder emerging from natural instabilities, such as Turing and spinodal patterns can bring novel functionalities to materials. Recently, Nanostructural coloration, specifically nanostructures color generation, has received increasing attention due to its possibility to use in several domains (environment, printing, UV degradation, decoration, colorimtric sensing …). Here, we develop a novel patterning strategy for applications in nanostructural colors based on dewetting of semiconductor, sol-gel deposition of metal oxides and nano-imprint lithography (soft-NIL). First, we exploit the natural instability of thin solid films (solid state dewetting of Germanium) to form hyper-uniform spinodal patterns thus providing a hard master for NIL. These patterns are then used to frame the complex nano-architectures via soft-NIL of TiO2 printed on glass substrates, with tunable chemical and physical properties (e.g. composition, porosity, wettability, refractive index, thickness). Resulting replicas can be seen in the figure in bright field optical microscopy and in AFM. These structures will serve for a wide range of photonic applications.

21 – The Leaky Pandemic Pipeline

Women face extraordinary challenges in our society, and scientific research is not any different. Research shows that during the ongoing pandemic women scientists paid a larger toll than their male colleagues [1-3]. Women submitted fewer scientific works, and were less likely to work on COVID-related topics [1]. The number of male authors grew faster than the number of female authors [2]. This photograph aims to reflect the reality behind these findings. In addition to the academic pressure to carry out high-quality research, women researchers also face explicit bias and often the challenge of balancing more family responsibility than men [3]. This challenging environment reduces the scientific presence of women, and hence their chances to seize career opportunities and succeed as scientists. The result is that fewer women occupy senior scientific positions, a phenomenon known as the leaky pipeline, that inspired this photograph.

[1]https://www.natureindex.com/news-blog/decline-women-scientist-research-publishing-production-coronavirus-pandemic
[2] https://web.archive.org/web/20200524065837/https://github.com/drfreder/pandemic-pub-bias
[3] https://arxiv.org/abs/2010.08912

22 – Attention, c’est chaud !

Photographie d’un échantillon en cours de chauffage sous air dans un four tubulaire. La lueur observée n’est visible qu’au travers de l’œil de l’appareil photographique. 

23 – “Hawkeye” François, the hidden hero

In our everyday laboratory life, we sometimes face “desesperate” situations. It is where we need heros. Used to live in the shadows, those people have particular skills and are capable of getting you out from such troubles. François, aka Hawkeye, is one of them. His vision reaches the precision of an atomic force microscope but at the macroscale ! He can detect and defer any process defaults at first glance. A legend said he can stop blinking for up to 2 hours, especially with a background rugby game commentary.

Image description : François Guérin, engineer in the Nanotech team is using an optical microscope to examine defaults on samples after photolithography processes. He is fully equipped in a clean room environnement under inactinic light.

24 – Mandala

After a certain high level of technical skill is achieved, science and art tend to coalesce in esthetics, plasticity, and form. The greatest scientists are always artists as well’. (Albert Einstein)
 

Science can define itself with art and such as the artists; researchers can illustrate their results in the nano world as a piece of art. Appreciating the close link between creativity and scientific experimentation in modern and contemporary world is the new method provides us to show this handmade piece of art by purely science.

Since nano/micro world exists, nano patterns introduce us the novel vision, looking through the discovery and creation the small size of patterns. Here, sol gel dip coating combined with nano imprint lithography allow us to replicate the patterns with micro-and nonmetric size. TiO2 thin film deposited on Si wafer by dip coating. Thus, the patterns are obtained by applying an elastomeric mold Polydiméthylsiloxane (PDMS) and by annealed at 450 °C for 10 min. This pattern demonstrates that nano imprint lithography is not only for science, but also it is possible to prepare our artistic patterns by using the resonance dielectric materials as a color painting.

25 – Who are the scientists ?

Burned out in Service the Others.

Eternal dreamers, striving to explore all new grounds, seeking to build all bridges in the oceans of unknown, aiming at all heights of this world?

The ones, who know the feeling of cold breath of demons of everyday failures and depression on their necks?

We are the ones who, in pursuit of the dream of all mankind, are consistently erasing their selves, without noticing, that there is no place left for themselves in their world.

We are, like the others, would like to share the joy of the achievements not only with dark void of loneliness.

Because we are more than just scientist — we are the human beings.

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