11

40 nm

- Rangée de plots d’or cylindriques (a)

- Lignes d’or (b)

- Réseau périodique bidimensionnel de plots d’or et d’argent alternés (c)

(a)

(b)(c)

22

(Le taureau de S. Kawata – Japon)

Taille (L x H) : 10 x 7 μm2

(taille équivalente à celle d’unecellule de sang)

Objectif : démontrer la possibilité deconcevoir et réaliser de futursnano/micro objets/machines capablesd’explorer le corps humain

Principe : micropolymérisation à 2photons

(Le volume lumineux créé à l’intersectionde 2 faisceaux lasers envoyés sur un

réservoir de résine polymère photosensible solidifie localement la résine

Nanophotolithographie

33

Sonde diffusante métallique

Laser incident500 m

Nanophotolithographie par SNOM à sonde sans ouverture

Polymère photosensible (PMMA-DR1)

Nano sourceoptique

Ecriture de nanomotifs (ligne, lettre, plot,…)

44

L ’auto-organisation : « bottom-up (ascendante) » :les molécules ayant une terminaison spécifique (en jaune)

s ’attachent au substrat et s’ordonnent

Analogie à la formation de labuée sur les vitres : en secondensant, la vapeur d’eaucrée des milliers de gouttelettesréparties régulièrement sur la vitre

Le substrat est unenanostructurepréconstruite

55

EXEMPLES D’APPLICATIONSDIVERSES

DES NANOTECHNOLOGIES

66

Le domaine du médical

77

Traiter le cancer…avec les nanotechnologies

Des nanoparticules de taille équivalente à l’ADN : des interactions etdes fonctionnalités à cette échelle sont donc envisageables

88

Des nanocristaux semi-conducteurs comme marqueursfluorescents pour l’imagerie in vivo, des nanotubes de

carbone et des nanoparticules pour le traitement ciblé du cancer

Les couleurs verte, jaune et rouge sont émisespar des nanocristaux de tailles différentes

localisés sur différents organes de la souris

Destruction thermique de tumeurscancéreuses par excitation IR de NTC

Nanoparticules se fixant sur unetumeur en utilisant l’hyperméabilité

des vaisseaux proches d’une tumeur

99

Des nanoparticules pour se débarrasser de l’arsenic

Représentation des nanoparticulesde magnétite (en rouge) se liant

avec l’arsenic dans l’eau. (Rice University)

Des chercheurs espèrent pouvoir mettre à ladisposition des pays en développement uneméthode simple et peu coûteuse pour nettoyerl’eau contaminée par l’arsenic.

Des nanoparticules de magnétite, un oxyde defer, et des aimants ordinaires permettent de sedébarrasser de ce poison inodore et incolore.

La consommation régulière d’eau contaminée parl’arsenic se manifeste par de graves maladies : - des problèmes de pigmentation dans un premier temps, - des cancers du poumon, de la vessie ou de la peau à plus long terme.

1010

Le stent : gaine nanoporeuse empêchantles molécules de graisse d’adhérer aux artères

1111

Nanorobot (conçu sur le modèle de certaines bactéries) : Les bactéries se propulsent à l’aide d’un flagelle (filament faisant office d’hélice). Elles possèdent un moteur moléculaire de 25 nm de taille qui fait tourner la flagelle à 18 000 trs / mn d’où un déplacement pour une bactérie de taille moyenne de 30 000 nm / s

Un « nanorobot chirurgien » en préparation à l’Université de Monash en Australie (épaisseur de 250 μm équivalente à la taille de 2 cheveux).Il devrait pouvoir voyager à l’intérieur du corps humain afin de prendre des photos, délivrer des médicaments en des points précis de l’organisme et même effectuer des tâches de micro-chirurgie. Il sera télécommandé et pourra se déplacer au sein des artères et entrer dans des organes comme le coeur

1212

Le vaccin à ultrasons pour les poissons : aux USA, vaccination de masse par ultrasons :

- des nanocapsules contenant de minces fibres d’ADNsont déposées dans un étang où elles sont absorbéespar les cellules des poissons.Les ultrasons sont ensuite utilisés pour rompre lescapsules qui libèrent ainsi l’ADN et provoquent uneréponse immunitaire chez l’animal.

1313

Le domaine des biotechnologies :nanobiotechnologies

1414

Le laboratoire sur puce (« lab-on-chip »)(Technologie microfluidique appliquée à l ’analyse médicale)

Réduction :- du volume des prélèvements,- de la consommation de réactifs,- du temps et du coût des analyses

Utilisation d’un réseau de microcanaux et microréservoirs gravés sur leverre ou des chips de polymère pour construire des mini-laboratoires.La pression ou des forces d'électrocinétiques déplacent des volumes enpico litre de manière contrôlée par les canaux. Le laboratoire- sur-pucepermet le traitement d'échantillons, le mélange, la dilution, l’analyse etl’identification d’espèces biologiques,…

1515

Biopuce à ADN

Structure de la molécule d ’ADN : L ’identité de chaque individu, ses caractéristiques génétiques,

sa prédisposition à certaines maladies,sont déterminés par l ’ordre dans

lequel les 3 milliards de basescontenues dans chaque brin se

succèdent (séquences) :cet enchaînement forme le code

génétique (30 000 gènes) unique à chaque individu.  

La biopuce à ADN

ADN : 2 brinsenroulés en forme

d ’hélice

Microcuvettes gravées sur verre ou Si.On accroche un fragment d ’ADN

sonde (une séquence de bases d ’ADN)sur chaque microcuvette caractéristique

d ’un gène, d ’une mutation ou d ’unemaladie

2500 microcuvettes

1616Prototypes de laboratoires sur puce

1717

Contrefaçon des médicaments : marquage chimique incorporation de traceurs nanométriques à faible concentration dans le médicament pouvant être ensuite dosés par des kits de tests authentifiés par le fournisseur

Toutefois nécessité de prouver l’innocuité du marqueur au cours de son absorption

1818

Le domaine des technologies

de l’informationet de la communication

(Miniaturisation et intégration dimensionnelle )

1919

Les cristaux photoniques permettent à l’instardes ailes de papillon de contrôler la propagationde la lumière selon les propriétés optiques desmatériaux utilisés et la géométrie de l’arrangementpériodique, certaines couleurs pourront être soittransmises, soit réfléchies (phénomène de diffraction)

2020

Guides optiques intégrés dans du silicium

Image optique

Cheveu

Boucle optique intégrée dans un substrat de silicium pouvant êtreutilisée pour la spectrométrie optique intégrée

2121

Nécessité de composants intégrés :- pour la micro/nanoélectronique,- pour les télécommunicationsoptiques

TIC : domaine de l’informatique,des télécommunication et du

multimédia

2222

                         Tout cela est permis par le CyberDisplay de Scalar : c'est en fait un écranà base de nanotechnologies d'une diagonale d'un demi-centimètre àmatrice active - Résolution de 180.000 pixels. Et le tout pèse ... 5 grammes.

La vidéo dans vos lunettes

Le « teleglass »

Vous regardez en mobilité de la vidéo venant d'un DVDportable, d'un téléphone sans fil, d'un PDA wifi/wimax,

d'une caméra digitale, etc...Teleglass vous crée un écran virtuel situé à 2 mètres de votre

oeil, avec une diagonale de l'ordre de 50 centimètres.

2323

Airbag / accéléromètre

2424

Détection par réseau de nanocapteurs pulvérisés dans l’air ou incorporés dans les matériaux (peinture, textiles), formant un réseau communicant capable de recevoir, traiter et transmettre des données.

De nombreux secteurs sont intéressés :- le militaire et le civil (bioterrorisme) : détection desubstances chimiques et bactériologiques, détectiondes mouvements de l’ennemi,- la protection civile contre le bioterrorisme,- l’environnement : surveillance de la qualité de l’air,- la médecine : surveillance médicale à distance,- le génie civil : détection de l’usure des matériaux

« La poussière électronique »

2525

2626

Le domaine de l’énergieet du transport

2727

Applications énergétiques : - cellules photovoltaïques :

Le prix élevé des cellules solaires limite actuellement le déploiement de l’énergie solaire. L’utilisation des

nanotechnologies pourrait diminuer de façon importanteleur coût de production (technologie CIS*, peinture photovoltaïque

contenant des polymères**,…) - amélioration des matériaux d’isolation, - piles à combustibles :

Economie de l'hydrogène : les nanotechnologiepourraient contribuer à résoudre le problème du stockagede l’hydrogène. Les spécialistes estiment cependant que 40 ans

seront nécessaires au déploiement de cette technologie qui a comme principal avantage d’éliminer toutes les émissions nocives par rapport aux autres moteurs à combustion interne. - Additifs de carburant :

Des nanoparticules utilisées comme additif de carburant peuvent augmenter l'efficacité des carburants des moteurs diesel d’environ

5 %.

2828

2929

* La société Nanosolar ( appuyée financièrement par lesfondateurs de Google) envisage de construire la plus grandeusine de fabrication de cellules solaires au monde

technologie CIS : Cuivre – Indium – Sélénium / technopeu gourmande en matériaux (une simple couche de1 μm d’épaisseur d’éléments actifs) de fabrication etfacilement adaptable aux supports flexibles

rentabilisation de la production,baisse du prix du kWh

** : la fabrication d’un kg de peinture contenant des cellulessolaires nanoscopiques (polymères photovoltaïques) coûte 1$de matière première et 4 $ d’énergie.On peut alors recouvrir les routes avec une couche depeinture épaisse de qq 10-3 mm au prix d’une dizaine decentimes / m2, chaque m2 peut transformer suffisammentd’énergie solaire en électricité pour fabriquer un autre m2 depeinture en moins d’1 semaine

3030

Le domaine des matériaux

3131

En général 3 grandes familles de nanomatériaux :

- les nano-objets (nanoparticules, nanofibres,…)

- les matériaux nanostructurés en surface

- les matériaux nanostructurés en volume

Changement des propriétés physiques d’un matériau lorsqu’on passe de l’état massif à l’état nanométrique

caractéristiques inédites permettant desinnovations de rupture dans de nombreux domaines