Il y a peu de mots à la mode de science-fiction aussi puissants que la nanotechnologie. Chaque fois qu’un auteur ou un cinéaste a besoin d’expliquer une technologie future qui n’est pas de nature quantique, c’est de la nanotechnologie. Des visions de robots intelligents, grouillants et microscopiques arrivant pour guérir tous nos maux (ou dévorer la chair de nos os) peuplent chaque recoin de nos histoires futuristes avec un peu plus qu’une simple explication.
De plus en plus, cependant, ces technologies deviennent une réalité. Des scientifiques de presque tous les domaines utilisent la nanotechnologie pour révolutionner leur travail. Il existe des applications allant de la fabrication d’écrans tactiles à la prévention des crises cardiaques, en passant par le divertissement et l’environnement. Dans un avenir proche, nous serons probablement entourés d’une population presque invisible de nanoparticules, chacune conçue sur mesure pour l’usage auquel elle est destinée. Ils habiteront chaque partie de notre environnement, de l’océan à l’atmosphère, et feront même leur chemin à l’intérieur de notre corps.
Le travail a déjà commencé, alors que les scientifiques conçoivent des machines de plus en plus petites et les poussent dans les coins et recoins de notre monde. Il est possible que vous ayez déjà rencontré la nanotechnologie sans le savoir. Si ce n’est pas le cas, soyez assuré que l’essaim arrive et qu’il changera presque toutes les facettes de notre monde.
Les vêtements du futur
Il est difficile d’imaginer comment nous pourrions rendre les vêtements ordinaires high-tech. Il n’y a presque rien d’aussi banal qu’un t-shirt ou une paire de chaussettes, mais la nanotechnologie pourrait changer tout cela. Le traitement des matériaux textiles existants avec des nanoparticules peut leur conférer toute une série de caractéristiques intéressantes.
Un certain nombre d’entreprises ont commencé à travailler dans ce domaine, notamment Nanotex, Aspen Aerogel, BASF et Nano-Horizons, selon une étude publiée dans la revue Nanomaterials. Il est difficile de déterminer avec précision comment chaque entreprise construit et applique ses revêtements de nanoparticules ou de nanofibres sur les tissus, car ce sont souvent des secrets commerciaux, mais les recherches publiées révèlent certains détails sur leur fonction.
Ces revêtements fonctionnent en appliquant une couche de molécules hydrophobes sur le tissu, ce qui les rend capables de repousser des liquides aussi simples que l’eau ou aussi complexes que le café, le vin et la moutarde. Par conséquent, les tissus traités sont apparemment insensibles à l’humidité ou aux taches. Les revêtements eux-mêmes sont presque sans poids et ne changent pas fondamentalement la nature du tissu. En conséquence, il n’y a aucun changement notable dans l’expérience du porteur.
En plus de prévenir les taches, la recherche a montré une résistance aux bactéries grâce à la production d’espèces réactives de l’oxygène. Le résultat est que les bactéries responsables des odeurs ne s’accumulent pas dans le matériau et vos vêtements sentent plus frais, plus longtemps.
Rendre les machines plus légères et plus solides
La nanotechnologie a le potentiel de permettre aux ingénieurs de modifier les matériaux existants et d’améliorer leurs caractéristiques. De la même manière que le mélange de différents types de métaux peut créer de meilleurs alliages, le mélange de matériaux banals avec des nanoparticules peut modifier la façon dont ces matériaux se comportent de manière intéressante.
À cette fin, des scientifiques de la Michigan State University ont conçu un système pour séparer les couches de graphite en feuilles de moins de 10 nanomètres d’épaisseur (via Science Daily). À titre de comparaison, le cheveu humain moyen mesure entre 80 000 et 100 000 nanomètres de large, selon la National Nanotechnology Initiative.
Leur matériau, appelé xGnP Exfoliated Graphite NanoPlatelets, peut être utilisé seul ou combiné avec du plastique pour rendre les produits plus rigides, plus légers et plus solides. Ils proposent que cette nouvelle combinaison de matériaux puisse être utilisée pour fabriquer des voitures et même des fusées plus solides et plus économes en carburant, qui sont plus légères mais suffisamment solides pour aller dans l’espace.
De plus, le matériau est électriquement et thermiquement conducteur, et est suffisamment petit pour être utilisé dans des revêtements transparents, ouvrant une autre voie d’application dans le secteur de l’énergie. À l’avenir, il pourrait être utilisé dans une nouvelle classe de batteries ou comme revêtement conducteur pour les panneaux solaires.
De meilleures façons de combattre le cancer
Les traitements anticancéreux standard sont très variés et risquent d’endommager les tissus sains voisins. Qu’un médecin choisisse la chirurgie, la chimiothérapie ou la radiothérapie, il est difficile de cibler exclusivement les tumeurs. En conséquence, certains patients ont des temps de récupération prolongés et des effets secondaires indésirables (via National Cancer Institute).
Les thérapies nanotechnologiques offrent la possibilité de pénétrer dans le corps et d’administrer des médicaments ou d’autres traitements directement aux cellules cancéreuses ciblées sans endommager les tissus sains. Comme l’explique le National Cancer Institute, bien que les nanoparticules soient plus petites que les cellules individuelles, elles sont encore suffisamment grandes pour contenir des composés moléculaires. Cela en fait des vaisseaux efficaces pour transporter la drogue. De plus, ils peuvent être réglés pour rechercher des caractéristiques spécifiques aux tissus cancéreux. Essentiellement, ils n’ouvrent pas le feu tant qu’ils n’ont pas trouvé la bonne cible.
Dans la lutte contre le cancer, la nanotechnologie ne se limite pas à proposer de nouvelles méthodes de traitement ; cela contribue également à rendre les traitements existants plus efficaces. Certains cancers ont une résistance native aux traitements comme la chimiothérapie et l’immunothérapie. Cependant, des chercheurs de l’Université de Tel Aviv ont développé des nanoparticules qui utilisent l’ARN pour désactiver efficacement l’armure intégrée d’une tumeur, les laissant vulnérables aux attaques des traitements conventionnels (via EurekAlert !). Il porte un coup de poing un-deux qui désactive l’enzyme HO1 du cancer pour affaiblir les défenses de la tumeur tout en renforçant la réponse immunitaire du patient.
Télévision ultra-haute définition
En tant que consommateurs, nous attendons constamment de nos téléviseurs qu’ils fournissent des images plus grandes et de meilleure qualité. Parfois, cependant, pour améliorer quelque chose, il faut se tourner vers le très petit, et la nanotechnologie rend cela possible.
LG, l’un des principaux fabricants de téléviseurs au monde, a développé ce qu’il appelle la technologie NanoCell. Il s’agit d’une technologie propriétaire, vous ne la trouverez donc que sur les téléviseurs LG, à moins qu’ils ne décident de concéder sous licence la technologie à des concurrents à l’avenir (via How-To GeekS).
Parce qu’il est propriétaire, nous ne savons pas précisément ce qui se passe sous la surface, mais nous savons un peu comment cela fonctionne grâce aux informations contenues dans les descriptions de produits de LG. Selon l’entreprise, les téléviseurs NanoCell profitent d’une couche de nanoparticules réparties entre l’écran et la source lumineuse. Ces particules filtrent certaines longueurs d’onde de la lumière du spectre RVB. L’intention est de bloquer les couleurs ternes et de ne laisser passer que les couleurs les plus nettes. En conséquence, l’image serait plus réaliste et dynamique.
Puisque les merveilles de la nanotechnologie ont été largement imaginées à l’écran, il n’est que juste que le divertissement visuel devienne l’un des premiers moyens d’interface avec le public.
Électronique auto-cicatrisante
Mettre la main sur un nouveau téléphone, téléviseur, ordinateur ou autre gadget électronique est un investissement considérable. Ce n’est pas quelque chose que la plupart d’entre nous faisons sur un coup de tête, et la pire chose qui puisse arriver après que l’argent ait quitté votre compte bancaire est que votre nouveau jouet soit endommagé. Des écrans fissurés ou des composants électroniques internes cassés peuvent rapidement transformer votre investissement en un presse-papier coûteux. Si seulement les appareils électroniques pouvaient guérir comme le font nos corps. Avec le bon type de nanotechnologie, ils le peuvent désormais.
Des scientifiques de l’Institut israélien de technologie travaillaient avec des nanocristaux de pérovskite double lorsqu’ils ont découvert qu’ils étaient capables de réparer les dommages causés à leurs structures dans les bonnes conditions (via Advanced Functional Materials). Les doubles pérovskites ont des caractéristiques électro-optiques, ce qui en fait une bonne alternative aux matériaux actuellement utilisés dans les produits électroniques.
En regardant les cristaux avec un microscope électronique, les scientifiques ont réalisé qu’ils gagnaient parfois des vides cristallins (lire : dommages). En concevant la surface des cristaux, les scientifiques ont réussi à leur faire éliminer les vides innés, ainsi que ceux acquis. Les cristaux ont pu déplacer les vides vers le bord et vers l’extérieur, se guérissant efficacement (via Science Daily). Cela pourrait conduire à une classe d’électronique capable de réparer ses propres dommages.
Guérir les blessures à la colonne vertébrale
Les blessures à la colonne vertébrale peuvent être l’une des choses les plus dévastatrices qui puissent arriver à une personne en termes de récupération, en grande partie parce que la colonne vertébrale est si mauvaise pour se guérir. En règle générale, après une lésion vertébrale grave, du tissu cicatriciel fibreux s’accumule autour du site de la plaie, empêchant les nerfs et les vaisseaux sanguins de se reconnecter. Le corps envoie les signaux pour guérir la blessure, mais pas pour régénérer les connexions précédentes.
Maintenant, une étude récente menée par des scientifiques de la Northwestern University a peut-être trouvé une solution. Leur traitement a utilisé une injection de nanofibres qui a créé un échafaudage capable de stimuler la connexion et la communication entre les tissus de la colonne vertébrale, facilitant la régénération (via Science).
L’injection était composée d’échafaudages de fibrilles peptidiques supramoléculaires avec deux séquences peptidiques. Une fois injectés, ils ont ralenti la formation de tissu cicatriciel fibreux, favorisé la régénération des axones, empêché la mort des neurones et amélioré la production de vaisseaux sanguins (via Sci Tech Daily).
Le traitement a été testé sur des souris présentant des lésions médullaires compatibles avec une paralysie. Incroyablement, quatre semaines après le traitement, les souris marchaient à nouveau. De plus, l’injection est absorbée par le corps sans effets secondaires observables en 12 semaines environ.
Vaccins différés
Se faire vacciner annuellement contre la grippe est une affaire unique. Vous entrez dans votre pharmacie locale, obtenez un coup rapide et vous êtes protégé pour la saison. Cependant, de nombreux vaccins COVID-19 nécessitent plusieurs doses administrées à des intervalles de temps variables. Cela signifie que vous devez prendre plusieurs rendez-vous avec votre pharmacie ou votre médecin pour vous faire vacciner, parfois à des semaines ou des mois d’intervalle. Cela peut être particulièrement difficile avec les enfants ou simplement pour les personnes ayant un emploi du temps chargé.
À l’avenir, vous pourrez peut-être obtenir un calendrier complet de vaccins en une seule injection, grâce à la nanotechnologie.
Selon une étude de 2022 publiée dans Science Advances, les scientifiques ont utilisé la nanotechnologie pour créer des capsules avec un noyau creux qui abritaient plusieurs doses de vaccin. Ces doses sont ensuite libérées à des dates ultérieures. Le secret du succès de la nano-capsule est la composition de son couvercle et la façon dont il réagit avec le corps. Au fil du temps, le couvercle de la coque devient de plus en plus poreux jusqu’à ce qu’il atteigne un point de rupture critique et s’ouvre. Lorsque cela se produit, la charge utile est libérée dans le corps. De plus, le temps pendant lequel la charge utile de médicament est libérée peut être contrôlé par la composition de la capsule.
Cela signifie qu’une seule injection peut contenir des gélules de plusieurs constructions différentes, conçues pour délivrer une dose immédiatement, et une ou plusieurs doses des semaines ou des mois plus tard, le tout sans avoir à se rendre à nouveau chez le médecin.
Nouvelles sources d’énergie
Alors que le changement climatique d’origine humaine fait rage, la recherche de sources d’énergie alternatives passe à la vitesse supérieure. Les scientifiques développent aujourd’hui des systèmes nanotechnologiques pour récupérer l’énergie de l’environnement, voire des mouvements humains.
Une équipe de l’Université du Texas à Dallas a créé une forme de fil, qu’ils appellent twistrons, qui contient des nanofibres. Lorsque les fibres sont étirées ou pliées, l’énergie cinétique est traduite en énergie électrique, qui peut être mesurée ou récoltée (via l’Université du Texas à Dallas).
En termes de production d’énergie à grande échelle, les fibres pourraient être mises en œuvre dans des dispositifs placés dans l’environnement et recueillir l’énergie des mouvements naturels des vagues ou du vent. Plus intéressant peut-être, les fibres peuvent être tissées dans des vêtements de tous les jours et portées, générant de l’électricité au fur et à mesure que le porteur passe sa journée.
Pour tester cette application potentielle, les chercheurs ont conçu un gant contenant des twistrons. Le porteur a ensuite déplacé ses doigts pour former diverses lettres en langue des signes américaine. Non seulement le gant a réussi à générer de l’électricité, mais les chercheurs ont également pu distinguer les différents signes fabriqués en fonction de la production d’énergie. En conséquence, le gant pourrait également être utilisé comme un dispositif de traduction en langue des signes autonome.
Purification de l’eau
L’accès à l’eau potable est l’un des besoins humains les plus élémentaires et pourtant, en 2019, environ un tiers de la population mondiale ne disposait pas d’une source fiable d’eau potable (via l’Organisation mondiale de la santé).
Collecter suffisamment d’eau pour de grandes populations, s’assurer qu’elle est potable et la fournir aux masses nécessite généralement des infrastructures importantes. Construire ces systèmes coûte cher et prend du temps, mais la nanotechnologie pourrait offrir une solution alternative. Des scientifiques de l’École polytechnique fédérale de Lausanne, une université publique de recherche en Suisse, ont créé un nouveau dispositif de filtration de l’eau utilisant des nanofils de dioxyde de titane et des nanotubes de carbone (via Nature).
Lorsqu’il est couplé à la lumière du soleil, le système tue efficacement les agents pathogènes dans l’eau grâce à une réaction photocatalytique. Il en résulte la production d’espèces réactives de l’oxygène comme le peroxyde d’hydrogène. L’étude fournit des preuves que le système est efficace pour éliminer les bactéries et les virus de l’eau, et qu’il pourrait également être efficace pour éliminer d’autres contaminants. Dans une étude pilote, les chercheurs ont obtenu des preuves préliminaires suggérant que le système a également éliminé les traces de certains médicaments et pesticides. Leur appareil de test était relativement petit et pouvait être déployé dans les régions qui en avaient besoin sans s’appuyer sur une infrastructure complexe.
Nettoyage de déversement d’hydrocarbures
Les marées noires sont parmi les catastrophes environnementales les plus dommageables possibles, et elles sont notoirement difficiles à nettoyer. Le 24 mars 1989, l’Exxon Valdez a déversé 11 millions de gallons de pétrole brut à Prince William Sound en Alaska. Le pétrole couvrait environ 1 300 miles de côtes et tuait d’innombrables animaux. Malgré un effort de nettoyage concerté, des poches de pétrole se trouvent encore dans la région aujourd’hui (via Histoire).
Le passage à des sources d’énergie alternatives (peut-être les matériaux twistron énumérés ci-dessus) pourrait empêcher tout futur déversement de pétrole mais, à défaut, les nanoparticules pourraient fournir une solution de nettoyage alternative. Les scientifiques explorent un éventail de nanoparticules métalliques, notamment des particules d’oxyde de fer, des nanocomposites et des nanotubes de carbone, comme méthodes potentielles de simplification des efforts de nettoyage des déversements d’hydrocarbures (via la nanotechnologie environnementale, la surveillance et la gestion).
Le processus est relativement simple. Ces particules pourraient être déployées sur un site de déversement où elles se mélangeront au pétrole. Parce que les particules sont hydrophobes, il y a peu de risque qu’elles se mélangent à l’eau. Une fois que nous avons une bouillie d’huile et de nanoparticules, il suffit d’utiliser des aimants pour saisir le mélange et le séparer de l’eau (via CNN). De plus, les chercheurs suggèrent que les particules pourraient ensuite être retirées de l’huile, si désiré, afin qu’elles puissent être utilisées comme prévu.
Réduire le changement climatique
Amener notre planète à un état neutre en carbone ou négatif en carbone dans un avenir relativement proche est un grand projet, mais c’est un projet que nous devrons réaliser si nous espérons atténuer les pires effets du changement climatique. Une façon d’y parvenir est de réduire les émissions; l’autre consiste à capter les émissions. Il est probable que nous aurons besoin d’une combinaison des deux car les concentrations de carbone sont déjà plus élevées que nous ne le souhaiterions.
Une startup appelée SkyNano a été fondée par Anna Douglas alors qu’elle poursuivait un doctorat. de l’Université Vanderbilt. L’entreprise a développé un procédé électrochimique qui capture les émissions de CO2 gazeux et les convertit en nanotubes de carbone solides. Les gaz à effet de serre entrent et les nanotubes de carbone et l’oxygène sortent (via Forbes).
La technologie a l’avantage de séquestrer le carbone qui aurait pénétré dans l’atmosphère – en effet, la société affirme que le carbone peut être stocké pendant plus de 1 000 ans – et il existe d’autres applications en aval. Comme le montrent les autres technologies dont nous avons discuté, les nanotubes de carbone ont toutes sortes d’applications dans l’espace des nanotechnologies.
Cette technologie est capable de prendre l’un des plus gros problèmes de l’humanité et de le transformer en une ressource utile qui pourrait faire beaucoup de bien. Ils estiment qu’ils peuvent traiter 10% des émissions mondiales, ce qui n’est pas une solution complète en soi, mais ce n’est pas à se moquer.
