Nombreuses sont les raisons pour lesquelles nous cherchons à maîtriser ce qui se passe à l'échelle cellulaire dans les organismes vivants : pour améliorer la performance des cellules et les rendre plus résistantes, pour dépister, diagnostiquer et traiter des pathologies, etc. Les scientifiques cherchent donc à agir sur les propriétés des cellules, ce qui constitue un défi d'envergure : d'une part cela nécessite d'opérer à des échelles nanométriques, et d'autre part il faut trouver des méthodes compatibles avec le système immunitaire de l'organisme afin de ne pas perturber la reproduction des cellules.

La poursuite de ces objectifs a engendré l'essor d'une nouvelle ère de recherche, les "bionanotechnologies". Globalement, les études dans ce domaine visent à utiliser les outils de la nanotechnologie pour aborder les problèmes médicaux et biologiques. Dans ce but, une partie importante des recherches concerne la fonctionnalisation des cellules, c'est-à-dire l'attribution de nouvelles propriétés grâce à des modifications de la structure de la cellule. Rawil F. Fakhrullin de la Kazan Federal University [1] et Yuri M. Lvov de la Louisiana Tech University [2] proposent une approche ambitieuse, consistant à fabriquer des structures biomimétiques qui s'accrocheraient sur les cellules vivantes afin d'en modifier la structure et de leur conférer ainsi de nouvelles propriétés. Mieux que les méthodes de modifications génétiques, cette approche permet de réaliser de façon indépendante des nanodispositifs aux propriétés adaptées "sur mesure", telles que la sensibilité à la température et au pH, la perméabilité ou la stabilité structurelle.

Afin de ne pas perturber l'organisme, Fakhrullin et Lvov proposent une méthode d'auto-assemblage qui respecte les conditions chimiques du milieu aqueux dans lequel baignent les cellules. Ils utilisent pour cela la fameuse technique de déposition couche par couche ("Lbl deposition", i.e. "layer by layer deposition"). Dans un premier temps, ils réalisent un film plan via l'adsorption séquentielle de couches de composants nanométriques fonctionnels de charges opposées : polyélectrolytes, protéines ou nanoparticules. Ces couches se lient spontanément entre elles grâce aux interactions électrostatiques. Dans un second temps, la cellule est encapsulée par ce film à plusieurs couches : elle se retrouve ainsi "enrobée" d'une couche nanométrique de matériaux fonctionnels, qui lui permet de préserver les nouvelles propriétés acquises pour une ou deux générations cellulaire. En jouant sur l'ordre des couches, les propriétés de la capsule peuvent être contrôlées. Les combinaisons sont quasiment illimitées, d'où l'avantage considérable de la méthode.

Par ailleurs, cette technique d'encapsulation permet aux chercheurs de traiter plusieurs cellules biologiques en parallèle. Il devient alors possible de réaliser des assemblages de cellules fonctionnalisées afin d'obtenir par exemple des structures multicellulaires artificielles ou de concevoir des tissus. D'autres perspectives consisteraient à inclure des nutriments dans la capsule ou encore de la protéger du système immunitaire pour pouvoir l'utiliser comme vecteur de médicaments dans le corps humain ou dans un but thérapeutique. Les cellules fonctionnalisées trouvent ainsi de nombreuses applications : biosorbants, biocapteurs, dans la formation de spores, l'ingénierie tissulaires et le médical. L'une des applications les plus prometteuses concerne les cellules magnétisées : il a récemment été montré comment des cellules humaines fonctionnalisées afin d'être magnétiques pouvaient être alors manipulées par un simple aimant, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles thérapies cellulaires [3].

 

SOURCE:
Catherine Marais, Attaché scientifique adjoint, deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org Retrouvez toutes nos activités sur http://france-science.org.

Des chercheurs de UT Dallas ("University of Texas in Dallas"), avec leur équipe internationale d'Australie, Chine, Corée du Sud et Brésil, ont réalisé des muscles artificiels particulièrement performants à partir de fils de nanotubes de carbone. Le principe consiste à infiltrer ces fils avec de la cire de paraffine et à les mettre ensuite en torsion jusqu'à ce que des spires se forment tout du long de leur longueur. Les fils acquièrent ainsi une structure hélicoïdale. Dans cette configuration, lorsque ces fils sont soumis à une source de chaleur, la cire qu'ils contiennent se dilate en entraînant une augmentation du volume des fils en même temps que leur contraction en longueur. Lorsque la source de chaleur est stoppée, le fil récupère sa torsion initiale en se refroidissant.

Le muscle ainsi obtenu est capable de fournir des contractions importantes et ultra-rapides, lui permettant de porter plus de 100.000 fois son propre poids, et de générer plus de 85 fois l'énergie mécanique d'un muscle naturel de la même taille. Il peut ainsi porter des charges 200 fois plus lourdes que ce dernier. Si l'on attachait une hélice à ce muscle artificiel, celle-ci pourrait être mise en rotation à une vitesse moyenne de 11 500 révolutions par minute, et ce pour plus de 2 millions de cycles réversibles. Si l'on compare le couple moteur ainsi obtenu par unité de poids, celui-ci est légèrement supérieur à celui des gros moteurs électriques.

Ces performances tiennent en partie aux propriétés exceptionnelles des nanotubes de carbone. Ces fullerènes sont les premiers produits industriels issus des nanotechnologies, connus pour être les matériaux les plus résistants et durs, avec des propriétés de résistances électrique et thermique extrêmement élevées.

Même sans l'ajout de cire, les auteurs de l'étude ont pu montrer que le fait de tordre les fils de nanotubes de carbone suffisait à entraîner une augmentation de leur coefficient d'expansion d'un facteur 10. Ce coefficient d'expansion étant négatif, cela signifie que plus le fil est chauffé, plus il se contracte. L'utilisation de la cire de paraffine présente plusieurs avantages. D'une part sa stabilité thermique est élevée et elle mouille facilement les fils de nanotubes de carbone. D'autre part, ses transitions de phase sont "réglables" (largeurs et température), et le changement de volume associé à ces transitions ainsi qu'à l'expansion thermique de la cire est important. Ainsi, en confinant la cire dans les nano-pores des fils, on obtient une configuration géométrique similaire à un muscle, avec un rapport surface/volume élevé et des conductivités thermiques et électriques importantes, ce qui augmente la vitesse de réponse du muscle.

Les experts précisent cependant que ces muscles artificiels ne sont pas adaptés pour remplacer les muscles du corps humain. La technologie promet par contre de nombreuses applications, grâce à sa simplicité de mise en oeuvre et à sa performance remarquable, telles que la réalisation de robots, cathéters, micro-moteurs, mélangeurs pour les circuits micro-fluidiques, systèmes optiques réglables, micro-valves, positionneurs et même de jouets. En effet, les fils de nanotubes de carbone peuvent être combinés entre eux : mis en torsion, tissés, cousus, tressés et noués ensemble. De plus, la cire peut-être remplacée par un autre matériau ayant la propriété de changer de volume sous certaines conditions si bien que l'activation du muscle peut avoir différentes sources : électrique, chimique ou photonique selon le cas. Toutes ces possibilités permettent le développement d'une grande diversité de matériaux et textiles, intelligents et auto-alimentés.

Dans le cas des fils infiltrés par la cire de paraffine, leur haut coefficient thermique peut être utilisé pour créer un système régulant la température sur une plage étendue de -50°C à +2 500°C. Il est intéressant de noter qu'à une température extrême de +2 500°C, nous ne connaissons pas d'autres actionneurs capables de survivre. Ainsi, on pourrait par exemple imaginer des fenêtres dont l'ouverture dépendrait de la température ambiante. Ou encore des habits dont la taille des pores s'adapterait en fonction de la température extérieure afin de fournir un confort thermique optimal.

Sur le même principe, des fils infiltrés avec un matériau changeant de volume en présence de certains agents chimiques, pourraient permettre d'obtenir une régulation chimique. On réaliserait alors des habits de protection dont les pores se refermeraient en présence des produits chimiques nocifs, par exemple lors d'un incendie. De même, des valves pourraient réguler l'écoulement d'un système selon la présence d'agents chimiques.

Les auteurs de l'étude, qui sont capables de produire des fils de plusieurs km de longueur, attendent une commercialisation rapide de leur technologie, avec la réalisation de petits actionneurs constitués de fils de nanotubes de carbone dont la longueur serait de l'ordre du cm. Le défi principal résidera ensuite dans la réalisation des plus gros actionneurs, mettant en jeu des centaines de milliers de fils individuels fonctionnant en parallèle.

 

SOURCE: Catherine Marais, Attaché scientifique adjoint, deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org

Une équipe de chimistes de l'Université de Toronto a découvert un catalyseur à base de nanoparticules de fer respectueux de l'environnement. Ce catalyseur serait aussi efficace que les catalyseurs chers et toxiques actuellement utilisés à grande échelle par l'industrie pharmaceutique, l'industrie du parfum et l'industrie alimentaire.

Les travaux de cette équipe concernant le mécanisme de transfert d'hydrogénation en utilisant le trans- [Fe (NCMe) CO (PPh2C6H4CH=NCHR-)2] [BF 4]2, où R = H [1] ou R = Ph [2] (à partir de R, R-dpen ), permettent de penser que les espèces actives dans cette catalyse sont des nanoparticules de fer (NP Fe) fonctionnalisées. Cette déclaration est supportée par des techniques in operando comme l'étude cinétique de la période d'induction lors de la catalyse ainsi que des expériences "d'empoisonnement" en utilisant des quantités stoechiométriques de différents agents d'empoisonnement. De plus, divers techniques d'imagerie et d'analyses (STEM, EDX, XPS, SQUID, analyse de solutions catalytiques) ont permis de confirmer la présence des nanoparticules de fer. Une indication supplémentaire de l'action catalytique du NP Fe fut apportée par une expérience de substrat polymère soutenu. Finalement, une expérience combinée "empoisonnement / STEM / EDX" a montré que l'agent empoisonnement est lié aux NP Fe.

Selon les auteurs de l'étude qui a été publiée dans Journal de l'American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc., 2012, 134 [13], pp 5893-5899), leur recherche fournit un exemple rare de catalyse asymétrique avec des nanoparticules d'un métal non précieux à valence nulle.

Enfin, les auteurs de cette recherche soulignent en particulier que leur découverte est non seulement beaucoup moins toxique, mais elle est aussi beaucoup plus rentable que les catalyseurs présents sur le marché, rendant celle-ci très attractive pour les industries du secteur.

 

SOURCE:

Article "Iron Nanoparticles Catalyzing the Asymmetric Transfer Hydrogenation of Ketones" paru sur le site internet de: Journal of American Chemistry Society: http://redirectix.bulletins-electroniques.com/XFx2y
Rédacteurs :	Christian Turquat

Les «nanomatériaux» sont des matériaux dont les constituants principaux ont des dimensions comprises entre 1 et 100 milliardièmes de mètre : telle est la teneur de la recommandation adoptée récemment par la Commission européenne.

Cette dernière estime que cela marque un progrès important dans la protection des citoyens, puisqu'il s'agit de "définir clairement les matériaux qui doivent recevoir une attention particulière dans le cadre d'une réglementation spécifique."

Les nanomatériaux sont déjà utilisés dans des centaines d'applications et de produits de consommation, depuis les pâtes dentifrices jusqu'aux batteries, aux peintures et aux vêtements. Le développement de ces substances novatrices, qui présentent aussi un potentiel prometteur dans des domaines tels que la médecine, la protection de l'environnement et le rendement énergétique, représente un enjeu important pour la compétitivité européenne.

Étant donné, toutefois, que des incertitudes demeurent sur les risques qu'ils posent, il est nécessaire de disposer d'une définition claire pour s'assurer que toutes les règles de sécurité chimique appropriées sont appliquées. La définition sera utile à toutes les parties prenantes, et notamment aux associations professionnelles, car elle apporte de la cohérence dans un contexte où les divers secteurs utilisent aujourd'hui toute une série de définitions différentes. La définition sera revue en 2014 à la lumière des progrès techniques et scientifiques.

« Je suis heureux de pouvoir dire que l'UE est la première à proposer une désignation universelle des nanomatériaux qui devra être utilisée à toutes fins de réglementation. Nous présentons une définition solide fondée sur des avis scientifiques et les conclusions d'une vaste consultation. Les entreprises ont besoin, dans cet important secteur économique, d'un cadre réglementaire clair et cohérent, et les consommateurs ont droit à une information précise sur ces substances. Notre démarche est un grand pas en avant dans la prise en charge d'éventuels risques pour l'environnement et la santé publique, qui vise aussi à faire en sorte que cette nouvelle technologie réalise pleinement son potentiel » a déclaré Janez Potocnik, membre de la Commission chargé de l'environnement.

La recommandation concrétise en outre la promesse faite en 2009 au Parlement européen de formuler une définition unique applicable sans distinction dans tous les actes législatifs en rapport avec les nanomatériaux.

La définition adoptée se fonde sur une démarche prenant en compte les dimensions des particules constitutives des matériaux, plutôt que des considérations de risque ou de danger. Elle décrit le nanomatériau comme «un matériau naturel, formé accidentellement ou manufacturé contenant des particules libres, sous forme d'agrégat ou sous forme d'agglomérat, dont au moins 50 % des particules, dans la répartition numérique par taille, présentent une ou plusieurs dimensions externes se situant entre 1 nm et 100 nm».

Cette définition se fonde sur des avis scientifiques du Comité scientifique des risques sanitaires émergents et nouveaux (CSRSEN/SCENIHR) et du Centre commun de recherche (CCR). Le projet de définition a fait l'objet d'une consultation publique.

Enerzine

"Science News is on the air right now. This is "The Promise of Tomorrow", where people and industry keep up with the business of emerging and nanotechnologies." Voici l'introduction de l'émission de radio "The Promise of Tomorrow" enregistrée et diffusée chaque dimanche par Colonel Mason depuis Dallas, Texas [1]. L'émission est dédiée à l'actualité des nanotechnologies et autres technologies émergentes et aux répercussions des découvertes dans tous les domaines - énergie, matériaux, santé, défense, climat - aussi bien sur les aspects de recherche et développement que de politique ou de gestion. L'atout du programme : il est disponible en ligne et utilisable gratuitement !

L'origine du programme

Colonel Mason a eu une longue carrière dans le journalisme d'investigation. En 1999, il se sent fatigué du rythme et de ses conditions de travail parfois risquées. Il décide alors de se tourner vers le journalisme scientifique avec une spécialisation particulière sur un domaine alors en plein boom : les nanotechnologies. En effet, en 1996, le Prix Nobel de Chimie a été attribué à Richard Smalley, Harrold Kroto et Robert Curl pour leur découverte des fullerènes de carbone à la Rice University de Houston, Texas. En 1999, les discussions vont bon train à la Maison Blanche pour lancer un programme fédéral de financement du domaine connu actuellement sous le nom de National Nanotechnology Initiative (NNI).

Mason se plonge dans le domaine et le Texas est sans doute un endroit de choix. Il sera l'auteur de deux documentaires biographiques, l'un sur Jack Kilby de Texas Instruments, Prix Nobel de Physique 2000 pour l'invention du circuit intégré en 1959, et l'autre sur Richard Smalley. Il est aussi à l'origine de l'organisation à Dallas de NanoTX USA, une conférence internationale en nanotechnologies, tenue en 2006, 2007 et 2008 [2]. L'évènement, complexe à organiser, couteux à produire et demandant un investissement personnel important ne sera par la suite pas renouvelé.

C'est fin 2007 que Mason va commencer à porter son travail sur les ondes avec "The Promise of Tomorrow", une émission hebdomadaire. Pour celle-ci, Mason travaille avec un réseau d'une trentaine d'informateurs, le ScienceNews Radio Network. Des chercheurs ou autres, répartis aux quatre coins de la planète, qui fournissent à Mason les dernières nouvelles. Mason sélectionne ensuite les thématiques qu'il souhaite aborder dans l'émission du dimanche. Le programme qui était à l'origine une exclusivité de la radio "KMNY 1360 A.M. Dallas" est devenu non commercial et non exclusif en janvier 2010. Il peut être ainsi utilisé par les radios publiques notamment. Mason compte aujourd'hui 150 membres dans son réseau de diffusion. L'émission peut aussi être directement consultée en ligne [1].

Quelques exemples de sujets

Parmi les épisodes phares du programme figure une série de quatre émissions produite entre le 20 septembre et le 11 octobre 2009 sur la question du changement climatique. Cette série explore la nature du changement climatique, discute son origine et étudie les solutions possibles. L'émission avait ensuite suivi de près les discussions lors du sommet de Copenhague en décembre 2009. "Comme la situation n'a pas beaucoup évolué depuis, cette série est toujours d'actualité", commente Mason.

Plus récemment, Mason a reçu dans son émission des chercheurs participants à la conférence IEEE Nano 2011 qui se tiendra cette année à Portland, Oregon [3]. Le 23 mai, le Prof. Alexander Balandin de l'University of California a discuté de ses découvertes concernant l'utilisation du graphène pour améliorer le refroidissement des circuits dans les ordinateurs. Le 13 juin, Micheal Kelly de l'University of Cambridge, Angleterre, affirmait que les tentatives utilisant les nanomatériaux pour remplacer les composants de silicium des circuits électroniques ne seront jamais couronnées de succès. Un point de vue controversé [4]. Ces deux chercheurs présenteront leurs travaux lors de la conférence, pour laquelle Mason oeuvre comme responsable des relations presse.

Les efforts du journaliste et la qualité de son travail ont été reconnus et récompensés le 5 mars 2011 par l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Cette organisation lui a remis l' "IEEE-USA Award for Distinguished Literary Contributions Furthering Public Understanding of the Profession".

 

Source:

	Pour en savoir plus, contacts :			- [1] Le site internet de l'émission de radio "The Promise of Tomorrow" : http://www.promiseoftomorrow.biz/index.php?content=home - [2] Le site internet des conférences NanoTX USA : http://www.nanotx.biz/ - [3] Le site internet de la conférence IEEE Nano 2011 qui se tiendra du 15 au 18 août 2011 à Portland, Oregon : http://ieeenano2011.org/ - [4] TechConnect World Conference 2011 - Nanoélectronique : la miniaturisation du nouvel interrupteur vaine ?, BE Etats-Unis 251, V. Reillon, 17/06/2011 - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/67049.htm
	Source :			Entretien avec Colonel Mason, 24/06/2011
	Rédacteur :			Vincent Reillon, deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org

Les bactéries ne cessent d’interagir les unes avec les autres. Par exemple, en libérant des molécules qui agissent comme des signaux sur les bactéries voisines. Ou encore, en entrant en contact grâce à un pilus, un tube protéique très fin qui permet le passage d’ADN. Mais le mode de communication que viennent de découvrir Sigal Ben-Yehuda et Gyanendra Dubey, de l’université hébraïque de Jérusalem, est très différent : il s’agit de larges tubes membranaires capables de véhiculer non seulement de l’ADN, mais aussi de grosses protéines. Une découverte qui, si elle est confirmée par d’autres équipes, constituerait une forme de communication totalement nouvelle.

« C’était accidentel », raconte Sigal Ben-Yehuda. En scrutant des bactéries Bacillus subtilis placées sur son microscope à fluorescence, la chercheuse fait une observation surprenante : certaines bactéries, modifiées génétiquement pour exprimer une protéine fluorescente nommée GFP, semblent transmettre leur brillance à leurs voisines, qui, elles, ne possèdent pas le gène de la GFP.

Intriguée, elle met au point une série d’expériences destinées à comprendre ce phénomène. Elle constate que des bactéries fixées sur des supports solides construisent entre elles des nanotubes capables de transférer de grosses protéines comme la GFP, ainsi que de l’ADN. Qui plus est, ce type d’échange a lieu même entre bactéries d’espèces différentes, par exemple Bacillus subtilis et Staphylococcus aureus. Les images en microscopie électronique montrent de multiples connexions tubulaires entre bactéries voisines, de 30 à 130 nanomètres de large et d’environ un micromètre de long. Des connexions à l’intérieur desquelles on peut même détecter des molécules de GFP préalablement marquées.

La chercheuse s’interroge : ces tunnels peuvent-ils véhiculer des protéines de résistance aux antibiotiques ? Avec Gyanendra Dubey, elle cultive deux lignées bactériennes, l’une résistante à l’antibiotique chloramphenicol, l’autre à la lyncomycine. Mises en présence des deux antibiotiques, les deux lignées survivent si elles sont cultivées ensemble, alors que séparément, elles s’éteignent. C’est la preuve qu’elles se transmettent l’une l’autre des molécules leur permettant de résister de façon transitoire. Pour Philippe Noirot, spécialiste de génétique microbienne à l’Institut national de la recherche agronomique : « Si ce phénomène est aussi général que les auteurs le suggèrent, il expliquerait des résistances aux antibiotiques observées chez des bactéries qui n’ont pourtant pas le matériel génétique nécessaire. C’est une découverte stimulante. »

La Recherche

Moins nocifs pour l’environnement en raison de leur structure fermée, les fullerènes inorganiques de bisulfures de molybdène (IF-MoS2) présentent des propriétés réductrices de frottement et anti-usure tout à fait exceptionnelles et nettement supérieures à celles des molécules utilisées classiquement. Leur intégration dans des lubrifiants automobiles pourrait permettre de réduire les pertes énergétiques liées au frottement dans les moteurs, de réduire la consommation de carburant et donc les émissions polluantes. La formulation de ces nouveaux « nanolubrifiants » nécessite cependant une parfaite maîtrise du mode d’action de ces objets dans le contact tribologique.

Afin de pouvoir visualiser le comportement de ces nano-structures sous sollicitation à l’échelle nanométrique, le Laboratoire de Tribologie et de Dynamique des Systèmes (UMR 5513 CNRS/ Ecole Centrale de Lyon/ENI Saint-Etienne) s’est récemment doté d’un tout nouveau porte échantillon muni d’une pointe AFM (Atomic Force Microscopy) permettant de réaliser des expériences de frottement à l’intérieur d’un Microscope Electronique en Transmission (MET).

 

Ce nouveau système a ainsi permis aux chercheurs d’observer en temps réel le comportement d’une nanoparticule isolée dans un contact dynamique, fournissant ainsi de précieuses informations sur le mécanisme de lubrification des fullerènes de MoS2. Suivant les conditions de sollicitation et les caractéristiques intrinsèques de la particule : taille, cristallinité, morphologie, il a été montré que les particules pouvaient adopter des comportements très différents allant du glissement au roulement, en passant par une exfoliation de leurs feuillets externes (figure 1). La figure 2 montre une particule de MoS2 déformée plastiquement après compression à l’aide du dispositif d’indentation sous MET du CLYM (Centre LYonnais des Microscopies).

 

Sources: CNRS

 Vous êtes dans votre restaurant italien préféré, prêt à déguster les meilleurs spaghetti du chef. L'assiette arrive et là, surprise ! Vous vous trouvez devant un enchevêtrement de spaghetti de toutes les tailles et de toutes les couleurs. Tout à l'air comestible mais ce que vous préférez vous, ce sont les jaunes de taille moyenne. Il va falloir des heures pour faire le tri.

Les physiciens éprouvent la même difficulté avec les nanotubes de carbones. Les conditions de fabrication de ces nanomatériaux sont mal contrôlées. Le résultat obtenu ressemble à notre plat de spaghetti : différentes catégories de différentes tailles. Chaque type de nanotube présente des propriétés électroniques différentes et donne lieu à des utilisations différentes. Depuis 20 ans, des recherches sont en cours pour trouver des méthodes rapides et bon marché afin de séparer les différentes catégories.

Des chercheurs de la Rice University de Houston ont fortement amélioré une de ces techniques de séparation : l'ultracentrifugation sur gradient de densité. Pour cela, ils ont utilisé un gradient de densité non-linéaire, améliorant la séparation spatiale des différentes catégories. Cette réussite est liée au développement d'un instrument de fluorescence infrarouge permettant de scanner rapidement le degré de séparation des espèces.

La technique permet de séparer simultanément 10 types de nanotubes de carbones à paroi unique (Single Wall Carbon NanoTube ou SWCNT). Les surfactants utilisés ont même permis de séparer des nanotubes de même diamètre et arrangement mais images l'un de l'autre dans un miroir. Cette avancée est prometteuse pour enfin faire avancer la métrologie sur les nanotubes de carbone et étudier les propriétés de chaque catégorie afin de les utiliser de manière plus ciblée.

Les nanotubes sont comme les pâtes, il en existe des dizaines de variétés

Un nanotube de carbone naît de l'enroulement d'une feuille de graphène sur elle-même. Comme la structure du graphène est composée d'hexagones de carbones accolés, il existe beaucoup de possibilités d'enroulement permettant de créer des types de nanotube différents (figure 2). Pour s'y retrouver, les nanotubes sont décris à l'aide de deux nombres (n,m). Lorsque n et m sont égaux, par exemple (6,6) ou (9,9), le nanotube obtenu, dit nanotube fauteuil, est métallique. Lorsque m vaut zéro, il s'agit d'un nanotube zigzag. Dans les autres cas, on parle de nanotube chiral. Les nanotubes chiraux et zigzag sont des semi-conducteurs.

Lors de la production, toutes les sortes de nanotubes sont mélangées. Bien que les nanotubes soient produits depuis plus de 20 ans en laboratoire, l'absence de technique de séparation empêche toujours de caractériser précisément les propriétés de chaque catégorie, rendant d'autant plus difficile la tâche d'identification. "Beaucoup d'équipes ont annoncé avoir découvert des méthodes efficaces. Dans la majorité des cas, la différenciation endommage les nanotubes. Et puis, ces méthodes maisons ne sont que rarement transposées, ce qui montre sans doute qu'elles ne sont pas très pertinentes", raconte le Professeur Weisman.

L'ultracentrifugation à gradient de densité

En 2006, une équipe de la North Western University a eu l'idée de transposer aux nanotubes les méthodes utilisées en biochimie pour séparer les protéines ou les ribosomes [1]. Les nanotubes sont plongés dans un surfactant qui se lie à eux. Pour chaque catégorie de nanotube, on obtient une micelle ayant une densité différente. En centrifugeant le mélange dans un tube à essai rempli d'un liquide présentant un gradient de densité, chaque type de nanotube sédimente à un niveau donné dans le tube à essai (figure 1 A).

La difficulté de l'opération est de manier avec précision tous les paramètres qui interviennent : le type de surfactant utilisé, le diamètre des tubes à essai, la vitesse ou encore la température de centrifugation. Pour parvenir au meilleur résultat il faut tester un à un tous ces paramètres. Etant donné le nombre de combinaisons possibles, cela peut prendre beaucoup de temps !

La première innovation apportée par l'équipe du Pr. Weisman a été de mettre au point une technique de caractérisation rapide du contenu du tube à essai. Les différents nanotubes de carbones semi-conducteurs ont une signature unique par fluorescence infrarouge (figure 1 B). Après centrifugation, le tube à essai ressemble à un code barre que l'instrument parcours verticalement enregistrant le signal de fluorescence permettant d'identifier le type de nanotube présent à chaque niveau. Avant cela, il était nécessaire d'aller prélever chaque couche successivement pour procéder à l'analyse.

La seconde innovation dans le procédé a été d'utiliser un gradient de densité non-linéaire. Un gradient linéaire entraîne une séparation spatiale entre les couches de nanotubes différents et proportionnelle à la différence de densité. Lorsque les densités sont très proches, les différents types de nanotubes ne sont pas efficacement séparés. Un gradient de densité non-linéaire permet d'augmenter la séparation spatiale des espèces ayant des densités très proches.

Au final, la multiplication des essais a permis de fixer correctement les paramètres de la centrifugation pour séparer efficacement 10 familles de nanotubes en même temps [2]. La séparation n'est pas parfaite mais les couches obtenues sont toutes fortement enrichies d'un seul type de nanotube. En plus de ce résultat, une surprise supplémentaire attendait les chercheurs.

La séparation d'énantiomères

Les molécules contenant des atomes de carbones existent généralement en deux exemplaires, images l'une de l'autre dans un miroir, appelés énantiomères. Une structure présentant deux énantiomères est dite chirale. Les nanotubes de carbone, excepté les types zigzag et fauteuil, sont chiraux. Les hexagones de carbones des nanotubes chiraux semblent s'enrouler vers la gauche (espèce lévogyre) ou vers la droite (espèce dextrogyre).

Les deux surfactants utilisés par le Prof. Wiesman sont des molécules organiques d'origine animale. Or, les molécules du vivant ont la particularité d'être toutes lévogyres. Les mêmes surfactants produits de manière artificielle comprendraient à part égale des molécules lévogyre et dextrogyre. Les molécules de surfactant toutes lévogyres vont se lier de manière différentes avec les nanotubes de carbones lévogyres et dextrogyres créant ainsi pour chacune de ces espèces des micelles de densités différentes. Ainsi, la méthode développée permet non seulement de séparer les différents catégories de nanotubes de carbones mais aussi, pour chaque catégorie, de séparer les énantiomères.

Une avancée prometteuse

Les nanotubes de carbones présentent des propriétés variées en fonction de leur type. Le spectre de leur utilisation est large. Cependant, l'impossibilité de séparer efficacement les différentes catégories complique les utilisations qui peuvent en être faites. "Dans les utilisations médicales des nanotubes comme vecteurs de médicaments, il est important de pouvoir utiliser un type de nanotube donné afin de pouvoir suivre précisément par fluorescence infrarouge leur évolution dans le corps." raconte le Prof. Wiesman.

Erik Haroz travaille lui sur les nanotubes métalliques, de type fauteuil. Il a utilisé la même technique pour séparer les différentes catégories mais ne peut pas utiliser la même méthode de détection. "Seuls les nanotubes de carbones semi-conducteurs fluorescent dans l'infrarouge. Pour les nanotubes métalliques, il faut utiliser la spectroscopie Raman." Une étude détaillée des tubes après centrifugation lui a permis de mettre en évidence que la méthode permettait aussi d'obtenir des couches fortement enrichies en nanotubes métallique d'une catégorie donnée, (7,7) ou (9,9) par exemple [3].

"La séparation des espèces constitue un premier pas vers la réalisation de câbles conducteurs constitués de nanotubes. La réalisation de câbles électriques macroscopiques en nanotubes permettrait d'améliorer fortement le rendement du transport d'électricité et de réduire les coûts" s'enthousiasme Erik. Cependant, quelques années d'efforts seront encore nécessaires pour atteindre ce résultat.

 

Sources:

Nano parfait a treat for scientists, Rice News, D. Ruth, 10/05/2010 - http://redirectix.bulletins-electroniques.com/ivb5N
Rédacteur :	Vincent Reillon, deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org

Tout le monde en a parlé. Sa photo a fait la une de tous les sites internet. La star de la semaine est un escargot ! Que se cache-il exactement derrière sa coquille ? Un escargot en apparence bien innocent

 

Crysomallon squamiferum vit dans un environnement hostile : milieu acide, hautes températures et une série de prédateurs qui peuvent faire de lui un véritable festin. Sa survie, il l'a doit à des millions d'années d'évolution qui ont sélectionné des gènes capables de lui fournir une armure de qualité. Sa coquille multicouche, nano- et micro-structurée, remplit simultanément plusieurs fonctions : protection contre les prédateurs, régulation thermique, protection contre l'acidité. La structure de cette coquille et la mesure de ses propriétés mécaniques ont fait l'objet d'une publication dans les "Proceedings of the National Academy of Science of the USA".

 

Armure, protection, survie. Il n'est pas difficile d'entrevoir ce que les propriétés de cette coquille pourraient susciter comme innovations. Et ce n'est donc pas par hasard que l'on trouve parmi les financeurs de l'étude le Departement of Defense (DoD), via le MIT Institute for Soldier Nanotechnologie (ISN).

 

Les nanotechnologies et la défense L'ISN n'est pas le seul institut à portée militaire dans le domaine des nanotechnologies. On peut citer aussi l'US Army Engineer Research and Development Center (ERDC) ou le Natick Soldier Research, Development and Engineering Center (NSRDEC). La Nanotechnology for Defense Conference permet par ailleurs de faire le point annuellement sur les recherches dans le domaine. Car, si les nanotechnologies et la science des matériaux laissent entrevoir des avancées dans le domaine de l'énergie, l'environnement ou encore la santé, leurs applications militaires ne sont pas oubliées. Loin de là.

 

Le Department of Defense (DoD) absorbe 30% des fonds annuels distribués par la Nanotechnology National Initiative (NNI) . Cela en fait la première agence bénéficiaire, légèrement devant la National Science Foundation (NSF) qui en reçoit en moyenne 27%. Et les objectifs sont clairs. Les recherches menées par le DoD consistent à "découvrir et exploiter les phénomènes uniques à ces dimensions [nanométriques] pour permettre de nouvelles applications améliorant les aptitudes des soldats et les possibilités des systèmes de combats".

 

Le DoD investit principalement dans des travaux sur la compréhension des phénomènes et des processus à l'échelle nanométrique ainsi que sur les applications directes dans la production d'appareils et de systèmes. C'est ainsi la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)  qui, au sein du DoD, perçoit presque 50% des financements consacrés à la recherche sur les nanotechnologies militaires.

 

Au-delà de l'évolution des systèmes informatiques et électroniques, capitale dans le contexte du paradigme militaire "C4ISR" (Command, Control, Communications, Computers, Intelligence, Surveillance and Reconnaissance), les nanotechnologies ouvrent des possibilités capitales dans le domaine de l'équipement. De plus, les guerres récentes, dite "post-guerre froide", comme en Iraq ou en Afghanistan, ont mis en évidence une évolution nécessaire de l'organisation militaire. Les conflits entre nations, nécessitant des opérations à grande échelle et pour lesquels l'armée américaine était préparée, ont laissé place à des opérations militaires à petite échelle face à des groupes armés réduits dans des environnements difficiles. Ce changement conduit l'armée américaine à réorganiser ses troupes.

 

La combinaison de ces changements technologiques et organisationnels pourrait alors entraîner une nouvelle "Revolution in Military Affairs" (RMA), et assurer à l'armée américaine une suprématie qu'elle cherche à conserver. Imaginer le soldat du futur Des études prospectives permettent d'envisager qu'elles pourraient être les applications des nanotechnologies dans le domaine de l'équipement militaire. L'une d'elle, la Future Soldier Initiative , a été déclassée récemment. Le portrait robot du soldat de demain qu'elle présente fascine autant qu'il effraie.

 

Une combinaison recouvre complètement la peau du soldat. Sa structure est composée de nanofibres très résistantes, tissée de nanocables électriques reliant une multitude de nanocapteurs en tout genre. Elle le protège contre les explosions, lui assure une détection automatique des toxines, lui délivre les médicaments nécessaires, le protège des munitions et des flammes, régule sa température, soigne ses plaies. Elle permet de connaître en permanence son état physiologique et psychologique. Sa texture comporte aussi des batteries et de nombreux systèmes capables d'assurer la collecte, la production et la distribution de l'énergie nécessaire au fonctionnement de son équipement. Mais l'équipement du futur soldat ne s'arrête pas là.

 

Un exosquelette lui permet d'améliorer ses capacités naturelles de vitesse, de force et d'agilité. Des prothèses neurales, systèmes électroniques directement reliés à son système nerveux, produisent des effets similaires sur ces capacités sensorielles. Enfin, le système d'information et de communication du soldat lui permet d'évoluer dans une réalité augmentée. Des données sont collectées en permanence sur son environnement direct et sur celui de ses compagnons. Elles sont traitées en temps réel et lui fournissent une aide capitale dans la prise de décision. Présenté sous cet angle, l'image du soldat du futur protégé par ses combinaisons nanostructurées n'est plus très éloignée de celle de notre escargot caché dans sa coquille protectrice.

 

L'investissement conséquent dans les applications militaires des nanotechnologies est à la hauteur de l'objectif, affiché sur le site de la DARPA : maintenir la supériorité technologique des forces militaires américaines et se prémunir contre toute surprise technologique pouvant porter atteinte à la sécurité nationale. L'avertissement est clair : les Etats-Unis ne se laisseront pas dépasser technologiquement. Encore moins par un escargot.

 

Source :

- Iron-plated snail could inspire new armor - MIT News - Anne Trafton - 27/01/2010 - http://web.mit.edu/newsoffice/2010/snail-shell.html
- Future Soldiers May Get Brain Boosters and Digital Buddies - Charles Q. Choi - Live Science - 02/02/2010 - http://www.livescience.com/technology/future-soldiers-100202.html

-  Vincent Reillon, deputy-phy.mst@consulfrance-houston.org

Exploitant une technologie issue des travaux de recherche de l'équipe Spectroscopie et Nanomatériaux de l'Institut des Nanotechnologies de Lyon (CNRS/Ecole Centrale de Lyon/INSA de Lyon/Université Claude Bernard de Lyon), SAENA Technologies, créée officiellement le 19 novembre dernier par Mehdi Medjaoui, un jeune ingénieur de l'INSA, est une start-up qui souhaite utiliser certaines propriétés, notamment de luminescence, de nanoparticules de semi-conducteurs, afin d'élaborer un code-barre spectral pour le marquage et l'authentification des matériaux. A plus long terme, ces nanoparticules pourraient également servir de combustible pour les piles à combustible ou encore être utilisées comme traitement thérapeutique du cancer. Lauréat de la 11ème édition du Concours National d'Aide à la Création d'Entreprises de Technologie Innovantes en juin dernier, SAENA Technologies, installée dans l'incubateur d'entreprise CREALYS, est soutenue par INSAVALOR, la filiale de valorisation de l'INSA de Lyon et FIST, filiale de transfert et de commercialisation de technologies innovantes du CNRS et d'OSEO INNOVATION.

"J'ai toujours eu l'envie de créer une entreprise", confie d'emblée Mehdi Medjaoui. C'est donc tout naturellement, lorsque l'occasion se présente, durant son cycle d'ingénieur au sein de l'INSA de Lyon, en science et génie des matériaux, qu'il s'engage dans cette aventure. Il est alors en stage de cinquième année qu'il réalise à l'Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), une jeune Unité Mixte de Recherche dans laquelle travaille notamment Vladimir Lysenko, chargé de recherche au CNRS, qui l'accompagne dans ce projet de création de start-up. Les chercheurs de l'INL mènent notamment des travaux sur les nanoparticules de silicium et de carbure de silicium. "Entre 1 et 10 nanomètres de diamètre, ces particules présentent des propriétés très intéressantes, notamment de luminescence, leurs propriétés spectrales dépendant de leur taille. Ainsi, en réussissant à contrôler leur distribution en taille il est alors possible d'élaborer un code-barre spectral. Intégrer dans un matériau, ce code-barre permet alors de marquer celui-ci et de l'authentifier", explique Mehdi Medjaoui.

Brevetée, à terme cette technologie devrait permettre à SAENA Technologies de produire des nanopoudres destinées au marquage et à l'authentification des matériaux, mettant ainsi sur le marché un nouvel outil pour accroître leur contrôle qualité, leur traçabilité et lutter ainsi contre leur contrefaçon. "Jusqu'à présent, nous travaillons sur un pilote installé à l'INL qui ne permet pas de produire ces nanopoudres en quantité suffisante. Mais nous devrions disposer dès février d'une installation pré-industriellle qui nous permettra d'en produire de 1 à 10 kilos par mois", précise-t-il. Autre préoccupation de SAENA Technologies, l'approvisionnement en matières premières, à savoir silicium et carbure de silicium non conventionnels. Car si l'industrie de la microélectronique utilise des wafers toujours très sophistiqués à la valeur ajoutée sans cesse plus importante, la start-up lyonnaise a besoin de matériaux massifs dont les surfaces sont importantes. Aussi collabore-t-elle avec des entreprises de l'industrie du photovoltaïque pour s'approvisionner.

1 tonne par mois à l'horizon 2011

Mais là ne s'arrête pas les ambitions de SAENA Technologies. Car ces nanoparticules, en fonction de leur taille, pourraient être utilisées également pour d'autres applications, aussi brevetées, en particulier dans des piles à combustible où, mélangées dans une solution, elles serviraient alors de combustible. Mais comme ces nanoparticules sont fluorescentes, les chercheurs ont essayé aussi de les utiliser pour marquer des cellules cancéreuses. "Or les résultats des tests in vitro ont montré qu'une grande majorité des cellules cancéreuses avaient été tuées, ce qui était inattendu. D'où le lancement de tests in vivo qui sont en cours", indique Medhi Medjaoui qui précise que cette dernière application n'est encore que dans la phase de recherche.

Ainsi pour SAENA Technologies, il s'agit d'abord de se positionner solidement comme une entreprise spécialisée dans le marquage et l'authentification des matériaux à l'aide de code-barre spectral à base de nanoparticules. "A plus long terme, nous devrions proposer d'autres technologies de marquage, en particulier d'eux d'entre elles que nous sommes en train de breveter, l'une pour le marquage des métaux, qui représente un problème de plus en plus important pour les industriels, l'autre destinée au secteur de l'agroalimentaire". Mais pour l'heure, il s'agit de produire à l'échelle industrielle, l'objectif que s'est fixée SAENA Technologies étant d'une tonne par mois fin 2010.

 

Saena Technologies - Mehdi Medjaoui : tél. +33 (0)6 14 94 59 03 - email : mehdi.medjaoui@gmail.com

(ADIT - Jean-François Desessard - email : jfd@adit.fr)