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Nanotechnologie

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Histoire

La nanoscience et la nanotechnologie ne sont devenues possibles que dans les années 1910 avec le développement des premiers outils de mesure et de fabrication de nanostructures. Mais le développement réel a commencé avec la découverte d'électrons et de neutrons qui a montré aux scientifiques que la matière peut réellement exister à une échelle beaucoup plus petite que ce que nous considérons normalement comme petit, et / ou ce qu'ils pensaient possible à l'époque. C'est à cette époque que la curiosité pour les nanostructures est née.

Le microscope à force atomique (AFM) et le microscope à effet tunnel (STM) sont deux premières versions des sondes à balayage qui ont lancé la nanotechnologie. Il existe d'autres types de microscopie à sonde à balayage, tous issus des idées du microscope confocal à balayage développé par Marvin Minsky en 1961 et du microscope acoustique à balayage (SAM) développé par Calvin Quate et ses collègues dans les années 1970, qui ont permis de voir les structures à l'échelle nanométrique. La pointe d'une sonde de balayage peut également être utilisée pour manipuler des nanostructures (un processus appelé assemblage positionnel). La méthodologie de positionnement-balayage orientée fonctionnalités suggérée par Rostislav Lapshin semble être un moyen prometteur pour implémenter ces nanomanipulations en mode automatique. Cependant, il s'agit toujours d'un processus lent en raison de la faible vitesse de balayage du microscope. Diverses techniques de nanolithographie telles que la nanolithographie à plume, la lithographie par faisceau d'électrons ou la lithographie par nanoimpression ont également été développées. La lithographie est une technique de fabrication descendante où un matériau en vrac est réduit en taille à un motif à l'échelle nanométrique.

Les premiers concepts distinctifs en nanotechnologie (mais antérieurs à l'utilisation de ce nom) ont été dans «Il y a beaucoup de place au fond», une conférence donnée par le physicien Richard Feynman lors d'une réunion de l'American Physical Society à Caltech le 29 décembre 1959. 1. Feynman a décrit un processus par lequel la capacité de manipuler des atomes et des molécules individuels pourrait être développée, en utilisant un ensemble d'outils précis pour construire et exploiter un autre ensemble proportionnellement plus petit, ainsi de suite jusqu'à l'échelle nécessaire. Au cours de cela, a-t-il noté, des problèmes d'échelle découleraient de l'ampleur changeante de divers phénomènes physiques: la gravité deviendrait moins importante, la tension de surface et l'attraction de Van der Waals deviendraient plus importantes. Cette idée de base semble réalisable et l'assemblage exponentiel la renforce avec le parallélisme pour produire une quantité utile de produits finaux.

Huit allotropes de carbone

Le terme "nanotechnologie" a été défini par le professeur de l'Université des sciences de Tokyo, Norio Taniguchi, dans un article de 1974 2 comme suit: "La" nanotechnologie "consiste principalement en le traitement, la séparation, la consolidation et la déformation des matériaux par un atome ou par une molécule." Dans les années 1980, l'idée de base de cette définition a été explorée de manière beaucoup plus approfondie par le Dr K. Eric Drexler, qui a promu la signification technologique des phénomènes et des dispositifs à l'échelle nanométrique à travers des discours et le livre. Moteurs de création: l'ère de la nanotechnologie3, et ainsi le terme a acquis son sens actuel.

La nanotechnologie et la nanoscience ont commencé au début des années 80 avec deux développements majeurs; la naissance de la science des clusters et l'invention du microscope à effet tunnel (STM). Ce développement a conduit à la découverte de fullerènes en 1986 et de nanotubes de carbone quelques années plus tard. Dans un autre développement, la synthèse et les propriétés des nanocristaux semi-conducteurs ont été étudiées. Cela a conduit à une augmentation rapide du nombre de nanoparticules d'oxyde métallique de points quantiques. Le microscope à force atomique a été inventé cinq ans après l'invention de la STM. L'AFM utilise la force atomique pour "voir" les atomes.

Concepts fondamentaux

Un nanomètre (nm) est un milliardième, ou 10-9 d'un mètre. A titre de comparaison, les longueurs de liaison carbone-carbone typiques, ou l'espacement entre ces atomes dans une molécule, sont dans la plage de 0,12 à 0,15 nm, et une double hélice d'ADN a un diamètre d'environ 2 nm. En revanche, les plus petites formes de vie cellulaires, les bactéries du genre Mycoplasma, ont une longueur d'environ 200 nm.

Du plus grand au plus petit: une perspective des matériaux

Image de reconstruction sur une surface Au (100) propre, telle que visualisée à l'aide de la microscopie à effet tunnel. Les atomes individuels composant la surface sont visibles.

Un aspect unique de la nanotechnologie est le rapport considérablement augmenté de la surface au volume présent dans de nombreux matériaux à l'échelle nanométrique qui ouvre de nouvelles possibilités dans la science de surface, comme la catalyse. Un certain nombre de phénomènes physiques deviennent sensiblement prononcés à mesure que la taille du système diminue. Ceux-ci incluent des effets mécaniques statistiques, ainsi que des effets mécaniques quantiques, par exemple «l'effet de taille quantique» où les propriétés électroniques des solides sont modifiées avec de grandes réductions de la taille des particules. Cet effet n'entre pas en jeu en passant des macro aux micro dimensions. Cependant, il devient dominant lorsque la plage de taille du nanomètre est atteinte. De plus, un certain nombre de propriétés physiques changent par rapport aux systèmes macroscopiques. Un exemple est l'augmentation de la surface au volume de matériaux.

Les matériaux réduits à l'échelle nanométrique peuvent soudainement présenter des propriétés très différentes par rapport à ce qu'ils présentent à l'échelle macroscopique, permettant des applications uniques. Par exemple, les substances opaques deviennent transparentes (cuivre); les matériaux inertes deviennent des catalyseurs (platine); les matériaux stables deviennent combustibles (aluminium); les solides se transforment en liquides à température ambiante (or); les isolants deviennent conducteurs (silicium). Un matériau tel que l'or, chimiquement inerte à des échelles normales, peut servir de puissant catalyseur chimique à l'échelle nanométrique. Une grande partie de la fascination pour la nanotechnologie provient de ces phénomènes uniques quantiques et de surface que la matière présente à l'échelle nanométrique.

Simple à complexe: une perspective moléculaire

La chimie de synthèse moderne a atteint le point où il est possible de préparer de petites molécules à presque toutes les structures. Ces méthodes sont utilisées aujourd'hui pour produire une grande variété de produits chimiques utiles tels que des produits pharmaceutiques ou des polymères commerciaux. Cette capacité soulève la question d'étendre ce type de contrôle à un niveau supérieur, en recherchant des méthodes pour assembler ces molécules uniques en assemblages supramoléculaires constitués de nombreuses molécules disposées de manière bien définie.

Ces approches utilisent les concepts de l'auto-assemblage moléculaire et / ou de la chimie supramoléculaire pour s'organiser automatiquement en une conformation utile grâce à une approche ascendante. Le concept de reconnaissance moléculaire est particulièrement important: les molécules peuvent être conçues de manière à favoriser une conformation ou un arrangement spécifique. Les règles de paires de bases Watson-Crick en sont le résultat direct, tout comme la spécificité d'une enzyme ciblée sur un seul substrat, ou le repliement spécifique de la protéine elle-même. Ainsi, deux ou plusieurs composants peuvent être conçus pour être complémentaires et mutuellement attrayants afin qu'ils forment un ensemble plus complexe et utile.

De telles approches ascendantes devraient, d'une manière générale, être capables de produire des dispositifs en parallèle et beaucoup moins cher que les méthodes descendantes, mais pourraient potentiellement être dépassées à mesure que la taille et la complexité de l'assemblage souhaité augmentent. La plupart des structures utiles nécessitent des arrangements complexes et thermodynamiquement improbables d'atomes. Néanmoins, il existe de nombreux exemples d'auto-assemblage basés sur la reconnaissance moléculaire en biologie, notamment l'interaction de base Watson-Crick et les interactions enzyme-substrat. Le défi pour la nanotechnologie est de savoir si ces principes peuvent être utilisés pour concevoir de nouvelles constructions en plus des constructions naturelles.

Nanotechnologie moléculaire

La nanotechnologie moléculaire, parfois appelée fabrication moléculaire, est un terme donné au concept de nanosystèmes techniques (machines nanométriques) opérant à l'échelle moléculaire. Il est particulièrement associé au concept d'un assembleur moléculaire, une machine qui peut produire une structure ou un dispositif souhaité, atome par atome, en utilisant les principes de la mécanosynthèse. La fabrication dans le contexte de nanosystèmes productifs n'est pas liée et doit être clairement distinguée des technologies conventionnelles utilisées pour fabriquer des nanomatériaux tels que les nanotubes de carbone et les nanoparticules.

Lorsque le terme "nanotechnologie" a été inventé et popularisé de manière indépendante par Eric Drexler (qui à l'époque n'était pas au courant d'une utilisation antérieure par Norio Taniguchi), il faisait référence à une future technologie de fabrication basée sur des systèmes de machines moléculaires. La prémisse était que les analogies biologiques à l'échelle moléculaire des composants des machines traditionnelles ont démontré que les machines moléculaires étaient possibles: par les innombrables exemples trouvés en biologie, on sait que des milliards d'années de rétroaction évolutive peuvent produire des machines biologiques sophistiquées et stochastiquement optimisées. On espère que les développements de la nanotechnologie rendront possible leur construction par d'autres moyens, peut-être en utilisant des principes biomimétiques. Cependant, Drexler et d'autres chercheurs ont proposé que la nanotechnologie avancée, bien que peut-être initialement mise en œuvre par des moyens biomimétiques, pourrait finalement être basée sur des principes d'ingénierie mécanique, à savoir, une technologie de fabrication basée sur la fonctionnalité mécanique de ces composants (tels que les engrenages, les roulements, les moteurs et éléments de structure) qui permettraient un assemblage positionnel programmable selon la spécification atomique PNAS-1981. Les performances physiques et techniques de modèles exemplaires ont été analysées dans le livre de Drexler 4. Mais l'analyse de Drexler est très qualitative et ne traite pas de problèmes très urgents, tels que les problèmes de "gros doigts" et de "doigts collants", qui sont liés à la difficulté de manipulation et d'assemblage à l'échelle nanométrique. En général, il est très difficile d'assembler des dispositifs à l'échelle atomique, car il suffit de positionner les atomes sont d'autres atomes de taille et d'adhésivité comparables.

Un autre point de vue, avancé par Carlo Montemagno 5 est que les futurs nanosystèmes seront des hybrides de la technologie du silicium et des machines moléculaires biologiques. Un autre point de vue, avancé par feu Richard Smalley, est que la mécanosynthèse est impossible en raison des difficultés de manipulation mécanique des molécules individuelles. Cela a conduit à un échange de lettres 6 dans la publication ACS Chemical & Engineering News en 2003.

Bien que la biologie démontre clairement que des systèmes de machines moléculaires sont possibles, les machines moléculaires non biologiques n'en sont aujourd'hui qu'à leurs balbutiements. Les chefs de file de la recherche sur les machines moléculaires non biologiques sont le Dr Alex Zettl et ses collègues des laboratoires Lawrence Berkeley et UC Berkeley. Ils ont construit au moins trois dispositifs moléculaires distincts dont le mouvement est contrôlé depuis le bureau avec une tension changeante: un nanomoteur à nanotubes, un actionneur moléculaire 7et un oscillateur de relaxation nanoélectromécanique 8 Une expérience indiquant qu'un assemblage moléculaire positionnel est possible a été réalisée par Ho et Lee à l'Université Cornell en 1999. Ils ont utilisé un microscope à effet tunnel pour déplacer une molécule de monoxyde de carbone (CO) individuelle vers un atome de fer (Fe) assis sur un plat argent cristal, et lié chimiquement le CO au Fe en appliquant une tension.

Les recherches en cours

Représentation graphique d'un rotaxane, utile comme interrupteur moléculaire.Cet appareil transfère l'énergie des couches nano-minces de puits quantiques aux nanocristaux au-dessus d'eux, provoquant l'émission de lumière visible par les nanocristaux 9

La nanotechnologie est un terme très large, il existe de nombreux sous-domaines différents mais parfois chevauchants qui pourraient tomber sous son égide. Les voies de recherche suivantes pourraient être considérées comme des sous-domaines de la nanotechnologie. Il est à noter que ces catégories ne sont pas concrètes et qu'un seul sous-domaine peut recouvrir bon nombre d'entre elles, d'autant plus que le domaine de la nanotechnologie continue de mûrir.

Nanomatériaux

Cela comprend les sous-domaines qui développent ou étudient des matériaux ayant des propriétés uniques résultant de leurs dimensions nanométriques.

  • La science des colloïdes a donné naissance à de nombreux matériaux qui peuvent être utiles en nanotechnologie, tels que les nanotubes de carbone et autres fullerènes, et diverses nanoparticules et nanotiges.
  • Les matériaux à l'échelle nanométrique peuvent également être utilisés pour des applications en vrac; la plupart des applications commerciales actuelles de la nanotechnologie sont de cette saveur.
  • Des progrès ont été réalisés dans l'utilisation de ces matériaux pour des applications médicales.

Approches ascendantes

Ceux-ci cherchent à organiser des composants plus petits en assemblages plus complexes.

  • La nanotechnologie de l'ADN utilise la spécificité de la paire de bases Watson-Crick pour construire des structures bien définies à partir de l'ADN et d'autres acides nucléiques.
  • Plus généralement, l'auto-assemblage moléculaire cherche à utiliser les concepts de la chimie supramoléculaire, et de la reconnaissance moléculaire en particulier, pour amener les composants à molécule unique à s'organiser automatiquement en une conformation utile.

Approches descendantes

Ceux-ci cherchent à créer des appareils plus petits en utilisant des appareils plus grands pour diriger leur assemblage.

  • De nombreuses technologies issues des méthodes conventionnelles du silicium à l'état solide pour la fabrication de microprocesseurs sont désormais capables de créer des caractéristiques inférieures à 100 nm, entrant dans la définition de la nanotechnologie. Les disques durs géants à base de magnétorésistance déjà sur le marché correspondent à cette description, tout comme les techniques de dépôt de couche atomique (ALD).
  • Les techniques à semi-conducteurs peuvent également être utilisées pour créer des dispositifs connus sous le nom de systèmes nanoélectromécaniques ou NEMS, qui sont liés aux systèmes microélectromécaniques (MEMS).
  • Les pointes de microscope à force atomique peuvent être utilisées comme une "tête d'écriture" à l'échelle nanométrique pour déposer un produit chimique sur une surface selon un motif souhaité dans un processus appelé nanolithographie à plume. Cela s'inscrit dans le plus grand sous-domaine de la nanolithographie.

Approches fonctionnelles

Ceux-ci cherchent à développer des composants d'une fonctionnalité souhaitée sans égard à la façon dont ils pourraient être assemblés.

  • L'électronique moléculaire cherche à développer des molécules aux propriétés électroniques utiles. Ceux-ci pourraient ensuite être utilisés comme composants à molécule unique dans un appareil nanoélectronique.
  • Des méthodes chimiques synthétiques peuvent également être utilisées pour créer des moteurs moléculaires synthétiques, comme dans un soi-disant nanocar.

Spéculatif

Ces sous-domaines cherchent à anticiper les inventions que la nanotechnologie pourrait produire, ou tentent de proposer un programme selon lequel l'enquête pourrait progresser. Ceux-ci ont souvent une vue d'ensemble de la nanotechnologie, en mettant davantage l'accent sur ses implications sociétales que sur les détails de la façon dont de telles inventions pourraient réellement être créées.

  • La nanotechnologie moléculaire est une approche proposée qui implique la manipulation de molécules uniques de manière déterministe et finement contrôlée. Ceci est plus théorique que les autres sous-domaines et dépasse les capacités actuelles.
  • La nanorobotique est centrée sur des machines autosuffisantes dont certaines fonctionnalités fonctionnent à l'échelle nanométrique. On espère appliquer des nanorobots en médecine 10 11 12, bien qu'il ne soit pas facile de faire une telle chose en raison de plusieurs inconvénients de tels appareils

13 Néanmoins, des progrès sur les matériaux et méthodologies innovants ont été démontrés avec certains brevets accordés sur de nouveaux dispositifs de nanofabrication pour de futures applications commerciales, ce qui contribue également progressivement au développement vers des nanorobots avec l'utilisation du concept de nanobioélectronique embarquée.

  • La matière programmable basée sur des atomes artificiels cherche à concevoir des matériaux dont les propriétés peuvent être contrôlées extérieurement facilement et réversiblement.
  • En raison de la popularité et de l'exposition médiatique du terme nanotechnologie, les mots picotechnologie et femtotechnologie ont été inventés par analogie, bien qu'ils ne soient utilisés que rarement et de manière informelle.

Outils et techniques

Configuration AFM typique. Un porte-à-faux microfabriqué avec un bout pointu est dévié par des caractéristiques sur une surface d'échantillon, un peu comme sur un phonographe mais à une échelle beaucoup plus petite. Un faisceau laser se réfléchit sur l'arrière du cantilever dans un ensemble de photodétecteurs, permettant de mesurer et d'assembler la déflexion en une image de la surface.

Une autre technique utilise les SPT ™ (outil de modelage de surface) comme «cartouche d'encre» moléculaire. Chaque SPT est un dispositif de manipulation micro-fluidique à base de microcantilever. Les SPT contiennent soit une seule tête d'impression à microcantilever, soit plusieurs microcantilevers pour une impression simultanée de plusieurs espèces moléculaires. Le réseau microfluidique intégré transporte des échantillons de fluide des réservoirs situés sur le SPT à travers des microcanaux jusqu'à l'extrémité distale du cantilever. Ainsi, les SPT peuvent être utilisés pour imprimer des matériaux qui incluent des échantillons biologiques tels que des protéines, de l'ADN, de l'ARN et des virus entiers, ainsi que des échantillons non biologiques tels que des solutions chimiques, des colloïdes et des suspensions de particules. Les SPT sont le plus souvent utilisés avec les imprimantes moléculaires.

Les techniques nanotechnologiques comprennent celles utilisées pour la fabrication de nanofils, celles utilisées dans la fabrication de semi-conducteurs telles que la lithographie ultraviolette profonde, la lithographie par faisceau d'électrons, l'usinage par faisceau d'ions focalisés, la lithographie par nanoimpression, le dépôt de couche atomique et le dépôt moléculaire en phase vapeur, et en incluant également les techniques d'auto-assemblage moléculaire tels que ceux utilisant des copolymères di-séquencés. Cependant, toutes ces techniques ont précédé l'ère des nanotechnologies et sont des extensions dans le développement des avancées scientifiques plutôt que des techniques qui ont été conçues dans le seul but de créer des nanotechnologies et qui étaient les résultats de la recherche en nanotechnologies.

L'approche descendante prévoit des nanodispositifs qui doivent être construits pièce par pièce par étapes, tout comme les articles manufacturés sont actuellement fabriqués. La microscopie à sonde à balayage est une technique importante à la fois pour la caractérisation et la synthèse des nanomatériaux. Les microscopes à force atomique et les microscopes à effet tunnel peuvent être utilisés pour observer les surfaces et déplacer les atomes. En concevant différents conseils pour ces microscopes, ils peuvent être utilisés pour tailler des structures sur des surfaces et pour aider à guider les structures auto-assemblées. En utilisant, par exemple, une approche de positionnement et de balayage axée sur les caractéristiques, les atomes peuvent être déplacés sur une surface avec des techniques de microscopie à sonde à balayage. À l'heure actuelle, il est coûteux et prend du temps pour la production de masse, mais très adapté à l'expérimentation en laboratoire.

En revanche, les techniques ascendantes construisent ou développent des structures plus grandes, atome par atome ou molécule par molécule. Ces techniques comprennent la synthèse chimique, l'auto-assemblage et l'assemblage positionnel. Une autre variante de l'approche ascendante est l'épitaxie par faisceau moléculaire ou MBE. Des chercheurs des Bell Telephone Laboratories comme John R. Arthur, Alfred Y. Cho et Art C. Gossard ont développé et mis en œuvre le MBE comme outil de recherche à la fin des années 1960 et 1970. Les échantillons fabriqués par MBE ont été essentiels à la découverte de l'effet Hall quantique fractionnaire pour lequel le prix Nobel de physique 1998 a été décerné. Le MBE permet aux scientifiques de créer des couches d'atomes atomiques précises et, ce faisant, de construire des structures complexes. Important pour la recherche sur les semi-conducteurs, le MBE est également largement utilisé pour fabriquer des échantillons et des dispositifs pour le nouveau domaine émergent de la spintronique.

Des techniques plus récentes telles que l'interférométrie à double polarisation permettent aux scientifiques de mesurer quantitativement les interactions moléculaires qui ont lieu à l'échelle nanométrique.

Applications

Bien qu'il y ait eu beaucoup de battage médiatique sur les applications potentielles de la nanotechnologie, la plupart des applications commercialisées actuelles se limitent à l'utilisation de nanomatériaux passifs de «première génération». Il s'agit notamment de nanoparticules de dioxyde de titane dans les écrans solaires, les cosmétiques et certains produits alimentaires; nanoparticules d'argent dans les emballages alimentaires, les vêtements, les désinfectants et les appareils électroménagers; nanoparticules d'oxyde de zinc dans les écrans solaires et les cosmétiques, les revêtements de surface, les peintures et les vernis pour meubles d'extérieur; et des nanoparticules d'oxyde de cérium comme catalyseur de carburant. Le Woodrow Wilson Center for International Scholars 'Project on Emerging Nanotechnologies héberge un inventaire des produits de consommation qui contiennent maintenant des nanomatériaux14

Cependant, d'autres applications qui nécessitent une manipulation ou une disposition réelles de composants à l'échelle nanométrique attendent des recherches plus approfondies. Bien que les technologies actuellement marquées avec le terme «nano» soient parfois peu liées aux objectifs technologiques les plus ambitieux et transformateurs du genre dans les propositions de fabrication moléculaire, et qu'elles soient loin de l'être, le terme connote toujours de telles idées. Ainsi, il peut y avoir un danger qu'une "nano bulle" se forme, ou se forme déjà, à partir de l'utilisation du terme par les scientifiques et les entrepreneurs pour obtenir un financement, indépendamment de l'intérêt pour les possibilités de transformation d'un travail plus ambitieux et clairvoyant.

La National Science Foundation (une source majeure de financement pour la nanotechnologie aux États-Unis) a financé le chercheur David Berube pour étudier le domaine de la nanotechnologie. Ses résultats sont publiés dans la monographie «Nano-Hype: la vérité derrière le buzz des nanotechnologies.15"Cette étude publiée conclut qu'une grande partie de ce qui est vendu comme" nanotechnologie "est en fait une refonte de la science des matériaux simple, ce qui conduit à une" industrie nanotechnologique fondée uniquement sur la vente de nanotubes, nanofils et similaires "qui" finira " avec quelques fournisseurs qui vendent des produits à faible marge dans d'énormes volumes. "

Implications

En raison des nombreuses affirmations qui ont été faites au sujet des applications potentielles de la nanotechnologie, un certain nombre de préoccupations ont été soulevées quant aux effets que celles-ci auront sur notre société si elles se réalisent, et quelle action, le cas échéant, est appropriée pour atténuer ces risques. Les problèmes à court terme comprennent les effets que l'utilisation généralisée des nanomatériaux aurait sur la santé humaine et l'environnement. Les préoccupations à plus long terme se concentrent sur les implications que les nouvelles technologies auront pour la société dans son ensemble, et si elles pourraient éventuellement conduire à une économie post-pénurie, ou aggraver l'écart de richesse entre les pays développés et les pays en développement.

Problèmes de santé et d'environnement

Il existe un nombre croissant de preuves scientifiques qui démontrent le potentiel de certains nanomatériaux à être toxiques pour l'homme ou l'environnement 161718.

Plus une particule est petite, plus son rapport surface / volume est élevé et plus sa réactivité chimique et son activité biologique sont élevées. La plus grande réactivité chimique des nanomatériaux entraîne une production accrue d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), y compris les radicaux libres. La production de ROS a été trouvée dans une gamme diversifiée de nanomatériaux, y compris les fullerènes de carbone, les nanotubes de carbone et les oxydes métalliques de nanoparticules. La production de ROS et de radicaux libres est l'un des principaux mécanismes de toxicité des nanoparticules; cela peut entraîner un stress oxydatif, une inflammation et des dommages conséquents aux protéines, aux membranes et à l'ADN 19.

La taille extrêmement petite des nanomatériaux signifie également qu'ils sont beaucoup plus facilement absorbés par le corps humain que les particules de plus grande taille. Les nanomatériaux sont capables de traverser les membranes biologiques et d'accéder aux cellules, tissus et organes que les particules de plus grande taille ne peuvent normalement pas. Les nanomatériaux peuvent accéder à la circulation sanguine après inhalation ou ingestion. Au moins certains nanomatériaux peuvent pénétrer la peau; des microparticules encore plus grosses peuvent pénétrer la peau lorsqu'elle est fléchie. Une peau cassée est une barrière de particules inefficace, ce qui suggère que l'acné, l'eczéma, les plaies ou les coups de soleil graves peuvent permettre une absorption plus facile des nanomatériaux. Une fois dans le sang, les nanomatériaux peuvent être transportés dans le corps et absorbés par les organes et les tissus, notamment le cerveau, le cœur, le foie, les reins, la rate, la moelle osseuse et le système nerveux. Les nanomatériaux se sont révélés toxiques pour les cultures de tissus et de cellules humaines, entraînant une augmentation du stress oxydatif, la production de cytokines inflammatoires et la mort cellulaire. Contrairement aux particules plus grosses, les nanomatériaux peuvent être absorbés par les mitochondries cellulaires et le noyau cellulaire. Des études démontrent le potentiel des nanomatériaux à provoquer une mutation de l'ADN et à induire des dommages structurels majeurs aux mitochondries, entraînant même la mort cellulaire.

La taille est donc un facteur clé pour déterminer la toxicité potentielle d'une particule. Mais ce n'est pas le seul facteur important. Les autres propriétés des nanomatériaux qui influencent la toxicité comprennent: la composition chimique, la forme, la structure de la surface, la charge de surface, l'agrégation et la solubilité, et la présence ou l'absence de groupes fonctionnels d'autres produits chimiques. Le grand nombre de variables influençant la toxicité signifie qu'il est difficile de généraliser sur les risques pour la santé associés à l'exposition aux nanomatériaux - chaque nouveau nanomatériau doit être évalué individuellement et toutes les propriétés des matériaux doivent être prises en compte.

Dans son rapport fondateur de 200420, la Royal Society du Royaume-Uni a recommandé que les nanomatériaux soient réglementés en tant que nouveaux produits chimiques, que les laboratoires de recherche et les usines traitent les nanomatériaux "comme s'ils étaient dangereux", que les rejets de nanomatériaux dans l'environnement soient évités autant que possible et que les produits contenant des nanomatériaux soient soumis à de nouvelles exigences de tests de sécurité avant leur mise sur le marché. Pourtant, les réglementations mondiales ne parviennent toujours pas à faire la distinction entre les matériaux à leur échelle nanométrique et en vrac. Cela signifie que les nanomatériaux restent effectivement non réglementés; il n'y a aucune exigence réglementaire pour que les nanomatériaux soient soumis à de nouveaux tests de santé et de sécurité ou à une évaluation d'impact environnemental avant leur utilisation dans des produits commerciaux, si ces matériaux ont déjà été approuvés en vrac.

Les risques pour la santé des nanomatériaux sont particulièrement préoccupants pour les travailleurs qui peuvent faire face à une exposition professionnelle aux nanomatériaux à des niveaux plus élevés et de manière plus routinière que le grand public.

Implications et défis sociétaux plus larges

Au-delà des risques de toxicité pour la santé humaine et l'environnement associés aux nanomatériaux de première génération, la nanotechnologie a des implications sociétales plus larges et pose des défis sociaux plus larges. Les spécialistes des sciences sociales ont suggéré que les problèmes sociaux de la nanotechnologie devraient être compris et évalués non seulement comme des risques ou des impacts "en aval", mais comme des défis à prendre en compte dans la recherche et la prise de décision "en amont", afin d'assurer un développement technologique qui réponde aux objectifs sociaux. De nombreux spécialistes des sciences sociales et d'organisations de la société civile suggèrent en outre que l'évaluation et la gouvernance des technologies devraient également impliquer la participation du public. 21.

Certains observateurs suggèrent que la nanotechnologie se développera progressivement, tout comme la révolution industrielle des XVIIIe et XIXe siècles, jusqu'à ce qu'elle s'accélère pour conduire une révolution nanotechnologique qui remodèlera radicalement nos économies, nos marchés du travail, le commerce international, les relations internationales, les structures sociales, les libertés civiles , notre relation avec le monde naturel et même ce que nous comprenons être humain. D'autres suggèrent qu'il pourrait être plus exact de décrire les changements induits par les nanotechnologies comme un «tsunami technologique».

Les implications de l'analyse d'une nouvelle technologie aussi puissante restent fortement divisées. Les optimistes, y compris de nombreux gouvernements, voient la nanotechnologie fournir une abondance de matériaux respectueux de l'environnement pour tous en fournissant un approvisionnement universel en eau propre; des aliments et des cultures issus de l'ingénierie atomique, ce qui se traduit par une productivité agricole accrue avec moins de main-d'œuvre; aliments interactifs «intelligents» améliorés sur le plan nutritionnel; production d'énergie bon marché et puissante; fabrication propre et très efficace; formulation radicalement améliorée de médicaments, de diagnostics et de remplacement d'organes; des capacités de stockage et de communication des informations beaucoup plus importantes; appareils interactifs «intelligents»; et une performance humaine accrue grâce aux technologies convergentes 22.

Les nano sceptiques suggèrent que la nanotechnologie ne fera qu'exacerber les problèmes résultant des inégalités socio-économiques existantes et de la répartition inégale du pouvoir en créant de plus grandes inégalités entre les riches et les pauvres grâce à un nano-fossé inévitable (l'écart entre ceux qui contrôlent les nouvelles nanotechnologies et ceux dont les produits , les services ou la main-d'œuvre sont déplacés par eux); déstabiliser les relations internationales par une course aux nano-armements croissante et un potentiel accru d'armes biologiques; fournir les outils d'une surveillance omniprésente, avec des implications importantes pour la liberté civile; briser les barrières entre la vie et la non-vie grâce à la nanobiotechnologie et redéfinir même ce que signifie être humain.

Voir également

Remarques

  1. ↑ Alan Chodos, (éd.) American Physics Society"29 décembre 1959: Feynman's Classic CalTech Lecture." Récupéré le 28 juin 2007.
  2. ↑ N. Taniguchi. "Sur le concept de base de la" nanotechnologie "." Proc. Intl. Conf. Prod. Eng. Partie II, (1974) (Tokyo: Japan Society of Precision Engineering)
  3. ↑ K. Eric Drexler. 1992. Nanosystèmes: machinerie moléculaire, fabrication et calcul. (New York: Wiley. ISBN 0471575186) Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation Récupéré le 30 novembre 2007.
  4. ↑ Ibid. Nanosystèmes: machines moléculaires, fabrication et calcul
  5. ↑ Carlo Montemagno, UCLA People: «Carlo Montemagno». Récupéré le 30 novembre 2007.
  6. Nouvelles américaines sur la chimie et l'ingénierie Récupéré le 28 juin 2007.
  7. ↑ B. C. Regan, et al. Nano lettres 5(9)(2005):1730-1733.Moteur alimenté par nano cristal Récupéré le 28 juin 2007.
  8. ↑ B. C. Regan, et al. "Relaxation nanoélectromécanique pilotée par surface-tesion" Lettres de physique appliquée 86 (2005): 123119. (UC Berkeley) Récupéré le 28 juin 2007.
  9. ↑ Les nanocristaux sans fil rayonnent efficacement la lumière visible Sandina National Labs. Récupéré le 28 juin 2007.
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  17. ↑ Gunter Oberdorster. "Nanotoxicologie: une discipline émergente issue des études des particules ultrafines." Perspectives de la santé environnementale 113 (7) (juillet 2005) Examen et résumé. Récupéré le 28 juin 2007.
  18. ↑ Günter Oberdörster et al. Toxicologie des particules et des fibres Toxicologie des particules et des fibres Récupéré en juin

    Voir la vidéo: Nanotechnologie : La révolution ARTE Reportage (Août 2020).

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