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Les nanotechnologies TPE
Observation et manipulation des nanoparticules
La manipulation des atomes, base de la nanotechnologie, passe avant tout par
l’observation de ces nanoparticules. Cette observation a été rendu possible grâce à la
mise au point du microscope à effet tunnel en 1981 par les physiciens allemand Gerd
Binnig et suisse Heinrich Rohrer. Ce microscope permet de cartographier atome par
atome la surface d’un matériau conducteur en mesurant le faible courant électrique
(établit par effet tunnel) entre la pointe hyperfine et la surface de l’échantillon. Le
principe de ce microscope est de déplacer une pointe de platine iridié ou de tungstène
à quelques nanomètres de l’échantillon et on ajuste la hauteur de celle-ci, par
rétroaction, de manière à conserver une intensité du courant tunnel constante. Chaque
atome est caractérisé par sa distance pointe-surface et sa taille. Un amplificateur
courant est indispensable car le courant produit est de l’ordre des nano Ampères.
L’image obtenue n’est pas une photo mais une représentation de l’échantillon à
l’échelle nanométrique.
La boucle de rétroaction permet de
conserver le « tunnel » ouvert en
déplaçant verticalement la pointe et de
continuer la cartographie de l’échantillon.
Voici le mécanisme du microscope à effet
tunnel schématisé
Le microscope à effet tunnel est
un outillage complexe et
couteux ce qui fait que seul des
centres spécialisés peut se
l’offrir comme le CNRS.
Ci-contre un chercheur
observant un échantillon présent
dans le domaine argenté, à
travers l’oculaire d’un
microscope à effet tunnel.

Cet effet tunnel permet à un électron de quitter un atome pour une autre surface
même si son énergie est trop faible. En physique classique un électron ne peut quitter
son atome que s’il possède une certaine énergie (par convention égale à 0). Afin de
mieux comprendre ce principe nous allons vous expliquer les schémas suivants :
Prenons une balle (rose ci-dessus) sur une colline. Si on lui donne une légère
impulsion la balle va descendre puis remonter jusqu’à une certaine limite. Elle ne peut
franchir cette limite car son énergie est trop faible et va donc redescendre vers son
point de départ.
En physique quantique, l’électron (en jaune ci-dessus) après avoir reçu une petite dose
d’énergie va suivre un trajet semblable à celui de la balle sauf que une fois arriver à la
limite il va emprunter un « tunnel » lui permettant de rejoindre l’arrivée.
Fin du texte à insérer plus tard
, du microscope à force atomique et du microscope électronique en transmission.
Tem : Elle consiste à placer un échantillon suffisamment mince sous un faisceau
d'électrons, et d'utiliser un système de lentilles magnétiques pour projeter l'image de
l'échantillon sur un écran phosphorescent qui transforme l'image électronique en image
optique
« ARRIVEE »
« ARRIVEE »
Effet tunnel
« Limite »
« Limite »

II.3 la détection et le traitement de la maladie d’Alzheimer
La maladie d’Alzheimer fait parti d’un des plus grands fléaux du
XXIème siècle. En 2006 on estimait à 26.6 millions de personnes atteinte de
cette maladie. Cette dernière détruit les cellules du cerveau et provoque des
pertes de la mémoire, la pensée et du comportement. Au fil du temps ce
trouble du cerveau s’aggrave et devient fatal.
Dans un cerveau malade
on observe 2 types de
séquelles :
- celles provoquées par de
petits dépôts denses d’une
protéine, la beta-amyloïde
et qui se s’agglutine pour
former des plaques
amyloïdes ou plaques
séniles. Ces dernières se
forment entre les neurones
et provoquent des pertes
de connections entre ces
neurones.
- et les séquelles dues à la
dégénérescence neurofibrillaire. Tout
d’abord il faut savoir que les neurones
sont composés de 2 parties le corps
cellulaire et l’axone. Les deux sont
reliés via un système composé de
microtubules et de protéines tau. Cette
protéine veille a ce que les filaments
restent bien parallèles et que le
transport des nutriments et autres
matériaux essentiels se passe
correctement
Chez une personne atteinte de la
maladie d’Alzheimer les protéines tau
se désagrègent est forment des amas
de protéines. Les microtubules ne sont
plus solidaires et parallèles et
n’acheminent plus correctement les
éléments nécessaires à la survie du
neurone. Cette dégénérescence
commence par l’axone et coupe le

neurone de ses communications: c’est la mort du neurone.
Ces deux agrégats de protéines sont présents chez tous les être humains
lors du vieillissement. Cependant chez les personnes atteintes de maladies
de types Alzheimer ces amas se forment plus rapidement en plus grandes
quantité.
Les scientifiques cherchent donc à
lutter contre ces amas de protéines. Le
potentiel des nanotechnologies a ouvert de
nouveaux horizons dans les recherches
scientifiques. Dernièrement les chercheurs
du CNRS ont mis au point une
nanoparticule capable de détecter le
peptide beta amyloïde1-42 et de le capter.
Cette nanoparticule est “enrobée” d’un
polymère hydrophile et biocompatible afin
de ne pas être détruite par le système
immunitaire du corps humain. Ce polymère
est composé de curcumine (un puissant
antioxydant) ou d’un anticorps
reconnaissant spécifiquement le peptide
beta amyloïde 1-42. La nanoparticule est
entourés de ligands (ce sont des anticorps,
des vitamines, des sucres ou des peptides)
ils permettent de repérer un type de
récepteur exprimer à la surface des cellules
cibles. Une fois ces nanoparticules
assemblées et leur tâche accomplie elles
sont éliminées par l’organisme.
Certaines recherches parlent également d’essayer de créer un biocapteur
à l'échelle nanométrique capable de communiquer avec un appareil externe
lors de la reconnaissance d’une cellule cible. Actuellement la détection de la
maladie se fait par ponction lombaire avec l’aide de bios marqueurs. Comme
nous le disions précédemment aucun remède n’existe et la maladie est mal
connue, mais des médicaments comme le rember permettent de limiter
l’avancée de la maladie.

A RAJOUTER
Les applications comprennent les nanoparticules dans la réduction du stress
oxydatif et à la conception de puissants anti-oxydants pour éviter la toxicité
associée aux agents pathogènes. Pour que tout médicament soit réussie, il
faut franchir la barrière hémato-encéphalique et être livré dans les cellules
cibles dans le cerveau. Brève mention est également faite à la façon dont la
technologie des cellules souches pourrait en combinaison avec la
nanotechnologie trouver un remède pour la maladie d'Alzheimer.