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 : « ARRIVEE » « Limite » 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. Effet tunnel « ARRIVEE » « Limite » 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 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.