Transcript Les Nanotechnologies

TPE Nanotechnologie Kevin Giroux/ Mathieu Pasquier
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Il s’agit de la technologie comprise entre 10-6 et 10-9mètres. Les
systèmes nanotechnologiques ont des dimensions comprises entre 1
et plusieurs centaines de nanomètres, loin du micromètre et proche
de la taille du rayon des atomes.
La nanotechnologie va avoir pour but de déplacer les atomes et
les molécules pour les réarranger de la manière souhaitée et par
conséquent obtenir une autre matière.
Tous système étudié de l'ordre du nanomètres sera appelé
nanosystème .
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2) Comment voir les nanoparticules ?
Le STM
Le AFM
Il existe actuellement deux moyens de les identifier parmi des milliers d’atomes :
le STM (Scanning Tunnel Microscope) ou microscope à effet tunnel et le AFM
(Atomic Force Microscope). Le STM est composé d’une pointe si fine qu’elle est
constituée de quelques atomes . Utilisant l’effet quantique* en déplaçant la
pointe sur la surface de manière contrôlée (ordinateur) il parvient à voir des
atomes à leur propre échelle. Actuellement des études sont menées pour trouver
d’autres outils : résonances magnétiques nucléaires, épitaxie par faisceau
moléculaires et beaucoup d’autres
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3) Quelle est l’une des premières applications de la
nanotechnologie ?
Cela semble un peu
paradoxal, mais non la
nanotechnologie est
utilisée dans des cordes de
raquettes de tennis pour
obtenir une solidité plus
importante. Les cordes de
tennis sont composées de
nanotubes de carbones.
Ceux-ci sont aussi les
principaux composants
des fuselages des fusées.
(Car ils sont très résistants
à la chaleur, à la pression).
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4) Qu’est–ce-que la nanomédecine et quel est son but ?
On parle de nanomédecine
lorsque la nanotechnologie
est utilisée dans la
médecine.
La nanotechnologie a pour
but de soigner l’homme
sans endommager les
cellules que celui-ci aurait
abîmées avec un autre
outil comme le scalpel, qui
est disproportionné.
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Dans l'exemple de fracture osseuse, comment
la nanotechnologie peut-elle aider ?
Le gel HA remplacerait les os pour les réparer.
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Nous allons étudier le cas d’un patient du Dr
Schwartz utilisant le gel HA. Nous allons comparer
la réparation normale de l’os à une réparation
utilisant la nanotechnologie: le gel HA.
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Protocole
Expérience
Résultat
Interprétation
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Il s’agit d’une opération chirurgical:
(l’obligation d’effectuer l’opération dans un
bloc stérile) qui a pu être réalisable par DR
Schwartz (créateur du gel).
Il faut pour cela un anesthésie général (ou
local) car la jambe va être ouverte pour que le
chirurgien puisse injecter le Gel HA a même
l’os.
Dans notre cas toute expériences visant a
refaire cette manipulation est impossible.
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Nous pouvons voir que
la fracture qui était
présente dans ce tibia
du Patient X a été
rebouche avec le gel
HA. Cela a permis une
réparation en 3
semaine au lieu d’un
temps d’environ 3 a 6
mois. Nous allons de
ce fait si comparer les
2 différentes méthodes:
La réparation normal et
la réparation avec la
nanotechnologie
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L’action des ostéoclastes : ces cellules détruisent les
cellules osseuses les plus vieilles, ce qui évite une maladie
osseuse ou un déplacement de cellules cancéreuses.
Après la destruction, il y a création :
Les ostéoblastes vont créer des cellules osseuses à partir de
la cellule ostéogène* provenant du mésenchyme*
Mais pour que cela soit pleinement efficace, il faut souvent
immobiliser le membre cassé avec un plâtre pendant environ
3 à 6 mois selon la fracture.
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Nous allons étudier le moyens mis au point par le
Dr Schwartz : le gel HA. Ce gel contient des
nano cristaux. Sa formule chimique est :
Ca10(PO4)6(OH)2
Ces cristaux remplissent la fracture. De même
composition que les cellules osseuses, il va
prendre leur place.
L’os, par l’action de ce gel, va être réparé
vite. Il faut compter environ 3 semaines au lieu
de 3 à 6 mois.
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Ce modèle respecte les valences des atomes, mais il existe
d’autres combinaisons possibles
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Les couleurs utilisées sont propres à chaque
modèle
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Voici le cas d’une personne qui a eu le
tibia cassé comme on peut le voir cidessus .
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La fracture ne se voit plus sur la radio après traitement
par gel HA qui remplit la fracture car il est de même
composition que les os. Il est composé d’ hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2), principal composant de l’os
!
Le gel HA est temporaire, il sera lui-même remplacé
par l’action naturelle des ostéoclastes puis des
ostéoblastes au fur et à mesure du temps.
Malgré cette réparation provisoire, cet utilisation du
gel HA permet au blessé de retrouver rapidement
l’usage de son os.
On peut donc affirmer que notre hypothèse est
validée.
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Des projet sont a
l’étude :
 dans le domaine
des maladies
incurables
 Moyen de soigner
les organes
malades en les
remplaçant avec
des organes
artificiel
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Le problème est la taille. Les particules manipulées sont si petites qu’elles ne
peuvent être manipulées par l’homme mais par de puissants rayons laser. Ces
derniers vont réorganiser les atomes, les molécules afin de former des outils nommés
nano outils. Cela permettrait d’avoir accès au nanomonde (monde compris entre le
10-6 et 10-9) afin de pouvoir fabriquer le matériel nécessaire au corps. les nano tubes
et les nano robots faisant partie de ce matériel vont être envoyer dans le corps a un
endroit précis sans l’endommager.
Un autre problème est la programmation. Certaines particules seront dotées
d’une « mission » programmée par des algorithmes très compliqués. Il ne faut
aucun « bug » lors de la programmation car cela peut changer la mission et la
rendre dangereuse pour l homme.
Le dernier problème important est le financement : les installations et les projets
dans la nanotechnologie coûtent extrêmement chers, de l’ordre du milliard (voir
plusieurs milliard) de dollars $, et le rendement est très faible
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Les nanomatériaux se retrouvent déjà dans de nombreux
dispositifs d’imagerie biologique ou médicale. La
miniaturisation des outils d’analyse utilisés dans le corps
humain est adapté aux interactions biomoléculaires et le
fonctionnement des cellules. Un exemple de ces outils, la
« mini-caméra » (qui n’est pas plus grosses qu’une gélule), est
utilisée pour des endoscopies. Les nanostructures vont
constituer les membranes des sondes de l’ordre de l’ADN
pour pouvoir diagnostiquer les maladies génétiques et
immunologiques qui seront soignées par des bio puces (puces
à ADN, à protéines, à cellules…).
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Maladies Cérébrales :
Des études actuelles parues en
Suisse montrent que des
maladies neuro-dégénératives ou
neurologiques telles que
Parkinson ou Alzheimer
pourraient être soignées.
Les récepteurs synaptiques
entre neurones détruits par ces
maladies pourraient être
remplacés par de nanotubes de
carbones. Les messages nerveux
pourraient de nouveau circuler.
Le Cancer :
Les moyens actuels ont des effets
secondaires dangereux , les chimiothérapies
par exemple.
les nanotechnologies sont aujourd’hui
les pistes les plus probables. Elles ne sont
encore qu’expérimentales voir pure
théorie. Actuellement elles sont utilisées
pour détecter les cancers avant formation
d’une tumeur, en détectant les protéines
déclenchant le cancer. Les nanoparticules
seraient infiltrées dans les cellules
cancéreuses pour les faire chauffer jusqu’à
43°C, ce qui les détruit.
Les maladies Cardio-vasculaires
La nanotechnologie
peut réparer les
vaisseaux
endommagés,
percés ou bouchés
après un infarctus.
Le premier cœur
artificiel a été créé
par Alain
Carpentier. Il est
constitué par
nanotechnologie.
3 types de cœurs
artificiels
Greffes :
La lutte contre le rejet
des organes greffés peut
se résoudre grâce à une
enveloppe de
nanoparticules qui
empêche les cellules
immunitaires de rejeter
l'organe greffé. Cette
enveloppe est munie de
nanopores qui
permettent les échanges
d’eau et de substances
dissoutes
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médicament:
L'utilisation de nanomédicaments
(médicament dont la fonction est
uniquement de se rendre à un point
donné sans endommager le reste du
corps) est l'avenir de la médecine.
Le but est une plus grande
efficacité des médicaments, mieux
ciblés, sans perte de capacités dans
le corps.
On utilise un système de
vectorisation des nanocapsules.
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Les risques potentiels sont :
 la difficulté de maîtriser des nanotechnologies. Elles sont
invisibles à l’œil nu et même difficilement repérables par le
manque actuel de sondes capables de les déceler.
 L’emploi de salle stérile obligatoire (salles blanches).
 A chaque découverte de nouveaux nanomatériaux, une
toxicologie doit être menée sur les interactions possibles de nos
cellules avec des particules à l'échelle nanométriques. Tant que ces
risques ne seront pas évalués, on ne pourra pas utiliser cette
nanotechnologie en médecine.
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Document d’Helene Follet : doctorat spécialisé dans les os
C Schwartz créateur du gel Ha Colmar
PDF de 2006 : schwartz_nanotechnologie_utilisation_gel_ha.pdf
Livres :
-Nanotechnology
-Les nanotechnologies
- Springer handbook of Nanotechnologie
D’après Michel WAUTELET physicien et professeur à
l’université de Mons-Hainaut, en Belgique. Nm 112
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Paul COSTA ingénieur en armement et docteur ès science nm110
Christine VAUTHIER directeur de recherche au CNRS, chercheur au laboratoire
de physicochimie-pharmacotechnique et bio pharmacie, faculté de pharmacie à
Chatenay-Malabry
Patrick COUVREUR professeur à l’université de Paris Sud, directeur du
laboratoire de physicochimie-pharmacotechnique et biopharmacie, faculté de
pharmacie à Chatenay-Malabry. nm4010
Éric GAFFET directeur de recherche et responsable du groupe NRG
(nanomaterial research group) sur le site de sévenans à Belfort nm8010
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