1. 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)

2. (Le taureau de S. Kawata – Japon) Taille (L x H) : 10 x 7 μ m 2 (taille équivalente à celle d’une cellule de sang) Objectif : démontrer la possibilité de concevoir et réaliser de futurs nano/micro objets/machines capables d’explorer le corps humain Principe : micropolymérisation à 2 photons (Le volume lumineux créé à l’intersection de 2 faisceaux lasers envoyés sur un réservoir de résine polymère photosensible solidifie localement la résine Nanophotolithographie

3. Sonde diffusante métallique Laser incident Nanophotolithographie par SNOM à sonde sans ouverture Polymère photosensible (PMMA-DR1) Nano source optique Ecriture de nanomotifs (ligne, lettre, plot,…)

4. 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 la buée sur les vitres : en se condensant, la vapeur d’eau crée des milliers de gouttelettes réparties régulièrement sur la vitre Le substrat est une nanostructure préconstruite

5. EXEMPLES D’APPLICATIONS DIVERSES DES NANOTECHNOLOGIES

6. Le domaine du médical

7. Traiter le cancer…avec les nanotechnologies Des nanoparticules de taille équivalente à l’ADN : des interactions et des fonctionnalités à cette échelle sont donc envisageables

8. Des nanocristaux semi-conducteurs comme marqueurs fluorescents 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 émises par des nanocristaux de tailles différentes localisés sur différents organes de la souris Destruction thermique de tumeurs cancéreuses par excitation IR de NTC Nanoparticules se fixant sur une tumeur en utilisant l’hyperméabilité des vaisseaux proches d’une tumeur

9. Des nanoparticules pour se débarrasser de l’arsenic Représentation des nanoparticules de magnétite (en rouge) se liant avec l’arsenic dans l’eau. (Rice University) Des chercheurs espèrent pouvoir mettre à la disposition des pays en développement une méthode simple et peu coûteuse pour nettoyer l’eau contaminée par l’arsenic . Des nanoparticules de magnétite, un oxyde de fer, et des aimants ordinaires permettent de se débarrasser de ce poison inodore et incolore. La consommation régulière d’eau contaminée par l’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.

10. Le stent : gaine nanoporeuse empêchant les molécules de graisse d’adhérer aux artères

11. 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 μ m 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

12. Le vaccin à ultrasons pour les poissons : aux USA, vaccination de masse par ultrasons : - des nanocapsules contenant de minces fibres d’ADN sont déposées dans un étang où elles sont absorbées par les cellules des poissons. Les ultrasons sont ensuite utilisés pour rompre les capsules qui libèrent ainsi l’ADN et provoquent une réponse immunitaire chez l’animal.

13. Le domaine des biotechnologies : nanobiotechnologies

14. 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 le verre ou des chips de polymère pour construire des mini-laboratoires. La pression ou des forces d'électrocinétiques déplacent des volumes en pico litre de manière contrôlée par les canaux. Le laboratoire- sur-puce permet le traitement d'échantillons, le mélange, la dilution, l’analyse et l’identification d’espèces biologiques,…

15. 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 bases contenues 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 brins enroulés 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 ’une maladie 2500 microcuvettes

16. Prototypes de laboratoires sur puce

17. 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

18. Le domaine des technologies de l’information et de la communication (Miniaturisation et intégration dimensionnelle )

19. Les cristaux photoniques permettent à l’instar des ailes de papillon de contrôler la propagation de la lumière selon les propriétés optiques des matériaux utilisés et la géométrie de l’arrangement périodique, certaines couleurs pourront être soit transmises, soit réfléchies (phénomène de diffraction)

20. Guides optiques intégrés dans du silicium Image optique Boucle optique intégrée dans un substrat de silicium pouvant être utilisée pour la spectrométrie optique intégrée Cheveu

21. Nécessité de composants intégrés : - pour la micro/nanoélectronique, - pour les télécommunications optiques TIC : domaine de l’informatique, des télécommunication et du multimédia

22. T o ut cela est permis par le CyberDisplay de Scalar : c'est en fait un écran à base de nanotechnologies d'une diagonale d'un demi-centimètre à matrice 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 DVD portable, 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.

23. Airbag / accéléromètre

24. 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 de substances chimiques et bactériologiques, détection des 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 »

26. Le domaine de l’énergie et du transport

27. 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 importante leur coût de production (technologie CIS*, peinture photovoltaïque contenant des polymères**,…) - amélioration des matériaux d’isolation, - piles à combustibles : Economie de l'hydrogène : les nanotechnologie pourraient contribuer à résoudre le problème du stockage de 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 %.

29. * La société Nanosolar ( appuyée financièrement par les fondateurs de Google) envisage de construire la plus grande usine de fabrication de cellules solaires au monde technologie CIS : Cuivre – Indium – Sélénium / techno peu gourmande en matériaux (une simple couche de 1 μ m d’épaisseur d’éléments actifs) de fabrication et facilement adaptable aux supports flexibles rentabilisation de la production, baisse du prix du kWh ** : la fabrication d’un kg de peinture contenant des cellules solaires nanoscopiques (polymères photovoltaïques) coûte 1$ de matière première et 4 $ d’énergie. On peut alors recouvrir les routes avec une couche de peinture épaisse de qq 10 -3 mm au prix d’une dizaine de centimes / m 2 , chaque m 2 peut transformer suffisamment d’énergie solaire en électricité pour fabriquer un autre m 2 de peinture en moins d’1 semaine

30. Le domaine des matériaux

31. 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 des innovations de rupture dans de nombreux domaines