Les technologies ont toujours eu une place décisive dans l’évolution humaine. Les dernières en vue sont les nanotechnologies. On les retrouve à l’échelle physique, chimique, mécanique et dans bien d’autres secteurs. Elles ont pour principe l’étude et les procédés d’utilisation et de fabrication de tout corps à l’échelle du nano c’est à dire 10-9 mètre. La nanotechnologie est apparue comme l’un des domaines les plus prometteurs de la recherche biomédicale au cours des dernières décennies. Le nano a une importance primordiale au niveau biologique et plus particulièrement du côté de la médecine. L’utilisation de la nanotechnologie dans la médecine offre des possibilités passionnantes. Certaines techniques sont à peine envisageables, tandis que d’autres sont à divers stades d’essais, ou d’autres encore sont dès aujourd’hui utilisées. De nouveaux procédés ont été mis en place de manière à pouvoir soigner une fois pour toutes les « grandes » maladies comme le cancer, les diabètes … Mais ce n’est pas tout, en effet elles apparaissent dans la vie de tout les jours pour simplifier, tout simplement la vie de l’homme.

Les Nanosciences nanotechnology

A) Diagnostic Médical-Recherche et dépistage.

L’imagerie Médicale

L’imagerie optique a un but fondamentale aussi bien en recherche (interactions cellulaires, activité enzymatique, activité de l’organisme en tout genre) que en prévention médicale (dépistage, suivi médical, diagnostic …). Les nombreuses avancées technologiques effectuées jusqu’à présent risques d’être écrasées par la révolution du nano. En effet plus on est petit, mieux on peut observer un corps sous tout ces angles. Les chercheurs ont donc réinventés cette imagerie et y ont inclus les nanotechnologies, on parle désormais d’imagerie moléculaire optique. L’imagerie moléculaire optique au même titre que l’IRM (Imagerie Par Résonance Magnétique) ou autre procédé d’imagerie (échographique par exemple) est un procédé d’analyse, lui, basé sur l’utilisation d’outils à l’échelle du nano (nanomateriaux) permettant donc d’analyser différentes parties d’un corps vivant sans passer par la voie chirurgicale. Cette méthode consiste à introduire dans l’organisme des sondes optiques accompagnés de marqueurs fluorescentes comme la fluorescéine et d’en suivre la progression dans les cellules. Chaque sonde est programmée pour répondre de manière lumineuse en fonction d’une partie de l’organisme voulu. En fonction de l’intensité et du contraste de la lumière émise, nous pourrons avoir une vue d’ensemble de l’organisme ou une partie prédéfini. Sachant que ces sondes sont de l’ordre du manomètre on obtiendra des images très précises et en 3D de la zone analysée. On pourra observer des tumeurs cancéreuses dès leur apparition favorisant donc la prévention et le dépistage mais aussi observer le suivi d’un médicament et en constater les effets. De tels test n’ont été effectués que chez de petit animaux (souris, lapins), mais d’autres tests seraient envisageables chez l’homme d’ici quelques mois.

Résultats d’analyse par imagerie moléculaire optique:

resCapill_gde

 

 

Les Bio-puces

Une biopuce est une simple plaque de verre ou de plexiglas, doté de nombreuses cavités permettant divers tests pouvant être exécuté en même temps. Son principe est le même qu’une puce d’ordinateur qui peut effectuer des millions d’opérations mathématiques en une seconde, la biopuce elle, peut effectuer des milliers de réactions biologiques, tel que le décodage des gènes et cela en seulement quelques secondes. Effectivement, elle est utilisée comme une sorte de « tube à essai » pour des échantillons de produits chimiques réels tel que des brins d’ADN ou des cellules. Cette puce est associée à des sondes greffées à la substance chimique à analyser (ADN, cellule …). Cette connexion s’effectue grâce à un marquage de couleur par des agents fluorescents (fluorophores). Cette avancée technologique va contribuer à l’accélération de l’identification du génome humain estimé à 80.000 gènes. Il existe donc deux sortes de biopuces, les puces à ADN et les puces à cellules. Le placement de telles puces aux cellules (sang, tissu cérébral), permet de faire du diagnostic génétique, de découvrir certaines « faces cachées » des maladies et donc par la suite de trouver un moyen pour les irradier de l’organisme.

puces-a-adn

Pour agrandir, enregistrez sous puis zoomer

.

Laboratoire sur puce (lab on chip).

 

Le progrès dû aux nanotechnologies prévoit des laboratoires sur puces (lab on chip). Le principe est tout simplement de réaliser sur une puce standard toutes les étapes d’un diagnostic classique en laboratoire, à savoir le traitement d’un échantillon, les résultats et aussi les causes d’un éventuel problème. Son fonctionnement est identique à celle des puces présentées précédemment. En effet c’est une plaque de verre ou de plexiglas qui contient un nombre important de cavité, avec à l’intérieur différents fluides d’analyse, chaque fluide étant spécialisé dans l’analyse d’une substance (Sang, urine). Cette évolution à l’échelle du nano n’est pas encore réalisée, mais les progrès vont vite.

lab-on-a-chip-loc-243049

 

Puces
Album : Puces

4 images
Voir l'album



B) Application Medical

 

.

 

Les implants et les prothèses

.

Les implants oculaires

De nos jours encore, les implants oculaires sont peu développés et donc l’avancée de la nanotechnologie laisse envisager la capacité de rétablir la vue chez des personnes présentant des lésions de la cornée. Par exemple, la mise en place de lunettes spéciales, décodant l’information envoyée par un dispositif électronique implanté dans la cornée. Ou encore une caméra directement connectée au nerf optique. Des prototypes non commercialisés existent déjà et permettent aux aveugles de voir en noir et blanc.

Les neuroprothèses

Le principe serait de connecter un système électronique à des cellules vivantes tels que les cellules nerveuses ou les neurones. Ceci permettrait de restaurer une connexion nerveuse rompue à cause d’une maladie ou autres problèmes qui auraient provoqué une déconnexion de ces dernières. Des tests ont déjà été faits sur des humains, plus précisément sur la moelle épinière lésée, le fait de placer les neurones moteurs au moyen d’électrodes sur les muscles des jambes entraînera la possibilité de restaurer la marche chez des personnes paralysées. On pourrait donc grâce à de tels dispositifs, actionner un réel mouvement.

Les implants cochléaires

Dès les années 1970 de nombreux chercheurs se sont penchés sur la création d’implants cochléaires. La mauvaise audition est souvent due à la destruction de cellules ganglionnaires de la chochlée*. Ces implants ont donc pour principe de connecter des électrodes entrant directement en liaison avec les cellules ganglionnaires intactes qui reste encore dans la chochlée. L’implant situé dans l’oreille est relié à un microphone externe lui-même connecté à un dispositif électronique qui a pour but de convertir les sons en impulsions électriques retranscrites au niveau des électrodes. Ceci entraîne donc une réactivité du système auditif et le patient retrouve donc l’audition.

Implants
Album : Implants

3 images
Voir l'album

;

La vectorisation des medicaments

Les nanotechnologies ont permis de mettre en place des systèmes d’administration des médicaments. Ils sont capables de protéger la molécule active du médicament (ou autrement dit son principe actif) de toute dégradation ou destruction possible par l’organisme, mais aussi de contrôler la libération de ce principe actif en temps voulu et pour une cible bien précise. Tout le système repose sur le placement des molécules du médicament dans une nano-sphere ou nano-capsule. Ces nano-capsules auront donc pour mission d’écarter le médicament de toute dégradation et d’en ordonner la libération pour une meilleure efficacité.

Une nano-capsule et le principe actif du médicament:

lipo1demi_gde


Ces nano-capsules appelées aussi liposomes existent sous trois générations différentes. La première génération nommée liposome simple est 70 fois plus petite qu’un globule rouge et une fois libérée dans le sang, elle va être reconnue par l’organisme comme un corps étranger. Au niveau du foie elles vont être absorbées par les cellules macrophages* chargées de débarrasser l’organisme de tout corps étranger. Les liposomes vont donc être détruits et vont libérer le principe actif du médicament, ce principe actif va diffuser non seulement dans la cellule, mais aussi dans les cellules hépatiques, notamment celles malades.

La deuxième génération est appelée liposome pégylée, ce sont les mêmes liposomes aux quels on a greffé un polymère (le polyéthylène glycol d’où son nom « pégylée). Grâce à ce polymère ils ne seront pas reconnus par l’organisme comme un corps étranger et pourront donc à l’inverse des liposomes de première génération rester plus longtemps dans la circulation sanguine (au-delà du foie), et atteindre directement à l’organe malade pour y libérer le principe actif d’un médicament.

Enfin la troisième génération, les liposomes pégylées décorés sont identiques à la seconde génération sauf que eux sont conçus pour un usage très ciblé. En effet à la surface de leurs polymères greffés on a rajouté de l’acide folique, qui va par la suite permettre aux liposomes de reconnaître les récepteurs à la surface des cellules cancéreuses.

 

Liposomes
Album : Liposomes
Les trois générations de Liposomes.
3 images
Voir l'album

Pour plus de précision visionner la vidéo suivante

 

.

Du coté du diabète:

Les îlots de Langérhans du pancréas

acin1x100

Le diabète, qui touche plus de 4% de la population française, pourrait enfin être soigné grâce aux avancées technologiques des nanotechnologies. Le diabète insulinodépendant*résulte de la destruction des cellules bêta du pancréas produisant de l’insuline. Une greffe de ces cellules pourrait être envisageable uniquement dans le cas ou l’organisme ne ferait pas de rejet. Donc pour éviter cela, les cellules seraient « encapsulées » dans une membrane nanoporeuse*. Cette dernière laisserait entrer les nutriments (sucres, glucose..), et laisser l’insuline, une fois fabriquée, sortir. Quant aux lymphocytes tueurs*, plus gros que les nanopores*ils ne pourraient entrer et donc les cellules greffées seraient immunisées contre cette menace. Ce procédé permettrait donc à des millions de diabétiques à travers le monde de mener un train de vie moins contraignant.

Diabete

;

Du coté du cancer.

 

Neutron-thérapie (thérapie par capture de neutrons)

Cette thérapie a pour principe d’irradier les cellules cancéreuses sans attaquer pour autant les autres cellules saines. En effet les neutrons thermiques* irradient les cellules contenant des nanoparticules à base de gadolinium. En effet, en rendant fonctionnel le gadolinium de manière à ce qu’il pénètre dans les cellules atteintes (le plus souvent cela s’effectue par voie intraveineuse). Une fois que les neutrons auront été injectés eux aussi dans l’organisme, ils reconnaîtront les nanoparticules à base de gadolinium et les détruirons ce qui entraînera automatiquement la destruction des cellules atteintes et donc de la tumeur. Ceci permettra d’éliminer un cancer à travers l’organisme humain ou animal. Ce genre de thérapies dont en développement au Japon et aux USA, mais avec l’isotope* 10 du bore et non avec les molécules de gadolinium, le bore en effet capte les neutrons avec une intensité plus de 60 fois inférieur à celui du gadolinium, mais les progrès ne s’arrêtent plus.

(Cette vidéo est à tire purement illustratif, le fait qu’elle soit en anglais ne doit pas gêner sa compréhension)

Image de prévisualisation YouTube

Bien entendu les nombreuses avancées médicales énoncées jusqu’ici, tel que la vectorisation médicale, l’imagerie moléculaire et bien d’autres permettrons certainement de guérir la maladie « phare » de notre siècle.

2798538069_1

;

C) Les dernieres inventions les plus prometteuses:

Un nanorobot nageur

Peer Fischer et son collègue Ambarish Gosh de l’Université d’Harvard ont créés il y a de cela quelques mois un nageur nanoscopique. C’est tout simplement un nanorobot en forme de spermatozoïde, qui grâce à son flagelle en verre et en cobalt (élément chimique) répondant à un champ magnétique, lui permettra de se déplacer dans le corps humain pour des utilisations diverses comme la microchirurgie ou encore le traitement de certaines tumeurs à la source… Cette invention a été présentée dans la revue américaine Nanoletters et retranscrite en français dans l’express.

Nano-Co

L’effet Lotus ou les surfaces Fakir

La fleur de lotus est une fleur imperméable, qui ne se salit jamais, elle a cette particularité grâce à sa texture formé de petits cônes entourés d’espaces, ceci a pour conséquence que toute particule qui tombe sur cette surface n’adhère pas à la plante. Cette texture a été reconstituée, en effet, la création de mêmes cônes à l’échelle nanometrique, le plus souvent sous forme de peinture, permet d’obtenir les mêmes résultats que sur le lotus, ces textures sont nommées surfaces fakir. Surface fakir, car observé au microscope, cette peinture à l’aspect d’un tapis de fakir. Cette vidéo illustre et explique parfaitement ce phénomène, qui sera par la suite, un des aspects les plus importants dans le bâtiment, l’industrie, mais aussi dans la vie quotidienne :

Image de prévisualisation YouTube

Le petit jumeau : Les filtres Nano-Céramique:

Des chercheurs de l’entreprise allemande Percenta, spécialisé en nanotechnologies, ont réalisées un revêtement Nano-Céramique, qui permet d’évacuer les matières embarrassantes à savoir les résidus de la vie quotidienne comme l’huile, les graisses, mais aussi les résidus de pollution ou encore les parasites naturelles tels que les insectes, de toute surface. Cette animation illustre parfaitement le projet de nos confrères allemands.

nanoauto

Ce genre d’invention, au même titre que les surfaces fakir, faciliterai considérablement les conditions de vie humaine, d’un point de vue économique, mais aussi par rapport à un gain de temps précieux. Ce genre de revêtements serait applicable à beaucoup de secteurs, notamment l’automobile, le textile, ou encore l’électroménager. Certains parlent déjà de nanotextile avec la création de vêtements imperméables et antitaches.

nanotextile_gde

La pile de l’avenir dans le cadre de l’économie d’énergie et de développement durable:

Du côté des Etats-Unis des chercheurs de la Rensselaer Polytechnic Institute ont inventés la pile électrique non polluante, biodégradable la plus petite sur le marché. En effet elle ne contient aucun composant chimique toxique et peut fonctionner avec du sang ou de la sueur humaine. Elle pourrait remplacer les pacemakers, ces fameux stimulateurs cardiaques qui eux contenait des substances nocives pour l’organisme. Ces piles entièrement flexibles peuvent s’empiler les unes sur les autres pour augmenter leurs puissances électriques. C’est un réel renouveau qui va être effectué dans le domaine de la médecine, mais surtout dans le domaine du développement durable et de l’économie d’énergie et cela grâce aux nanotechnologies. nanopile

Dans ce même domaine, l’invention des célèbres DEL, les diodes électroluminescentes, est une résultante des nanotechnologies, en effet Les cristaux de taille nanométrique (2 à 100 nm) à la base des diodes électroluminescentes (LED) les rendent dix fois plus économes que des ampoules plus classiques. Ces diodes sont l’avenir dans le domaine de l’économie d’énergie et le développement durable.

ima_art_junior_lumiere3

La petite dernière de Dr. John Storrs Hall : L’Utility Fog

Le professeur Storrs Hall à mit au point une invention révolutionnaire: Un nanorobot avec une douzaine de bras télescopique, avec ce que vous avez pus lire jusqu’à présent cela n’a rien d’extraordinaire, mais imaginez que l’on remplisse une pièce de ce genre de nanorobot, ils ne seraient séparés que par leurs « bras » et ne remplirai au final que 5% de l’air total de cette pièce. Ces minuscules robots, étant programmés pour ne pas obstrués l’espace, permettrai à n’importe qui de se déplacer dans la pièce sans être dérangé par ces robots, leurs réseaux se reconstituerai immédiatement après le passage de cet individus.

foglet_stimulacra

 

Les avantages de ce « Utility Fog » sont indénombrables, en effet il permettrai de passer des commandes a distances: par exemple, vous regardez la télévision et vous désirez la télécommande, mais vous ne désirez pas vous lever, ce sont ces nanorobots qui se chargeront de vous l’amenez, vous aurez donc l’impression que la télécommande flotte dans l’air, mais non, elle est simplement entrain de glisser sur le réseaux aérien de robot. De la même manière qu’un tel « brouillard » peut faire voler une télécommande elle peut très bien faire voler des hommes, matérialiser des objets,changer une cuillère en fourchette, un lit en chaise… Nous pouvons maintenant comprendre pourquoi le docteur John Storrs Hall a qualifié ce dispositif de « Utility Fog », à savoir « brouillard utile »

image003

La star des cosmétiques: l’oxyde de zinc

Les nanomateriaux sont utilisés dans divers secteurs selon leurs propriétés. Les derniers en vue sont les particules d’oxyde de zinc, qui a considérablement bouleversé le secteur cosmétique. En effet, les nanoparticules de zinc ont la propriété de filtrer les UV et de se regrouper, une fois séché, en agglomération de manière à créer des crèmes solaires résistante à l’eau et captant les UV de manière révolutionnaire. De telles propriétés pourraient être appliquées au maquillage plus classique tel que le font de teint qui serait lui aussi résistant à l’eau et aux UV. L’oxyde de zinc a aussi la propriété de capter les enzymes du dessèchement de la peau qui sont à l’origine de son vieillissement, de ce fait, l’introduction de nanoparticule d’oxyde de zinc dans les crèmes antivieillisement permettrai un meilleur rendement.

Nanocristal d’oxyde de zinc intégré à une crème solaire:

 

01-zinc-gde%5B1%5D-opt.jpeg

 

Le nano-médicament à inhaler

Comme nous l’avons vus précédemment la vectorisation de médicament est possible grâce aux nanotechnologies, à savoir le fait de placer le principe actif d’un médicament dans une nano-capsule et de le libérer en temps voulus et à un endroit bien précis est possible. Mais une telle vectorisation s’était envisagé que par voie intraveineuse. Des chercheurs de l’université de Marburg en Allemagne ont mis en place un tel procédé mais par voie respiratoire de manière à pouvoir atteindre directement les poumons. De cette manière il serait possible de soigner les différents cancers du poumon ou même l’hypertension pulmonaire par le biais d’aérosol libérant dans le système respiratoire de tels nano-capsules (contenant le principe actif d’un médicament voulu)

Destruction d’une tumeur par le principe actif d’un médicament :

 

Image de prévisualisation YouTube

 

 

.

 

Sans oublier la prévention,

Du coté de l’eau

Le premier des défis concernant l’eau est l’élimination de la pollution des eaux industrielles. Les nanoparticules comme les nanopoudres peuvent être utilisées pour convertir les contaminants chimiques par réaction chimique pour les rendre inoffensifs. Des études ont montrées que cette méthode peut être utilisée avec succès pour atteindre les contaminants dispersés dans des bassins souterrains et à un coût bien moindre que les méthodes qui nécessitent pomper l’eau hors de la terre pour le traitement. Le deuxième défi est l’élimination de sel ou de métaux présents dans l’eau. Ici aussi la méthode utilisant les nanopoudres est mise en jeu. En effet ces poudres sont capables d’absorber les sels minéraux et de rendre l’eau de mer potable. Cette méthode serai donc, comme nous l’avons vus plus haut pour la purification des eaux polluées par différant déchets toxiques et donc pour le dessalement de l’eau de mer. Le troisième problème concerne le fait que les filtres standard (comme ceux des carafes filtrantes par exemple) ne fonctionnent pas sur les cellules virus. Un filtre de seulement de quelques manomètres de diamètre, est en cours d’élaboration et serait capable de prélever des cellules virus de l’eau.

.

Nanopoudre de SiO2 utilisée dans les processus de dépollution :

nanopoudre2-opt.jpeg

Du coté de l’air :

L’avancée des nanotechnologies a pour ambition de limiter l’émission de gaz toxiques par les voitures et autres, à savoir réduire la pollution de l’air. Une des applications les plus rependus dans ce domaine est le pot catalytique. Oxyde d’azote, monoxyde de carbone sont les  » bêtes noires  » de notre environnement… Tous ces polluants sont « digérés » par le pot catalytique. Ce pot en céramique (de manière à pouvoir résister aux hautes températures), peut contenir un à deux litres d’air. Sa structure est recouverte de nano-pores ou plus communément en « nid d’abeille à l’échelle du nano » dans lesquels se trouvent des particules nanométriques de métaux précieux (rhodium, platine et palladium). En combinant les molécules d’azote, de carbone et d’oxygène, (gaz pour la plupart non polluant), avec les anciens gaz toxiques le catalyseur élimine presque la totalité des gaz toxiques. En définitif, il se passe une réaction entre les gaz toxiques et les métaux précieux de manière à les transformer en gaz inoffensif pour notre environnement. shema_depollution1

Du coté de l’alimentation :


La Nano-nutrition
Grâce a la manipulation des gènes et des atomes par les nanomateriaux, ces fameuses particules de l’ordre  du millionième de millimètre, les chercheurs se penchent sur la question de la nano-nutrition, à savoir le fait de remanier les atomes pour obtenir des semences alimentaires génétiquement modifies de manière à obtenir des plantes offrant de nouvelles propriétés. En effet les nano-aliments pourraient être plus grands, de meilleures qualités au niveau du goût, de ces effets curatifs et médicinaux… Par exemple, un aliment recouvert de certaines nanoparticules pourrait acquérir la propriété de s’oxyder moins rapidement.De telles technologies seraient un message d’espoir pour les pays du tiers monde en ce qui concerne la mauvaise nutrition dû à un manque de moyen, en effet la création de végétaux poussant en terre aride est tout à fait concevable dans le cadre des nanotechnologies. Certains aliments qui provoquent de nombreuses allergies ces certains pourraient être modifies de manière à convenir à n’importe quelle personne. Ces avancées ont déjà été mis en place avec les fameux OGM, mais aujourd’hui encore la plupart des scientifiques restent réservés quant au bien fait ou non d’une telle nutritionmais-ogm

 

3 commentaires à “Les Nanosciences”


  1. 0 Baumann 9 jan 2012 à 16:46

    CE site est vraiment super interressant

  2. 1 georgette 30 sept 2013 à 16:33

    super natou

  3. 2 Plimpton 3 déc 2014 à 8:38

    Super!

Laisser un commentaire


Visiteurs

Il y a 1 visiteur en ligne

Sondages

D'apres vous les nanotechnologies sont elles l'avenir des technologies humaines ?

Voir les résultats

Chargement ... Chargement ...

.

        .


Welcome in univer of jonathan |
Bienvenue Chez High-Tech-Plus |
ipod & iphone applications |
Unblog.fr | Créer un blog | Annuaire | Signaler un abus | Les procédures dématérialisées
| Artech-informatique
| Iphone-forever