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Interférences et biomolécules

CC BY-SA 4.0 Alexandre Gondran
Les expériences d’interférences mettant en jeu des molécules de plus en plus grosses et lourdes révèlent que les lois de la mécanique quantique sont applicables bien au-delà du monde de « l’infiniment petit » ...

Anomalie de dilatation thermique

By Simon Mer - Own work, CC BY-SA 4.0
Généralement, les matériaux se dilatent lorsqu’ils sont chauffés. La raison en est qu’une élévation de température correspond à une augmentation de l’agitation des atomes, or cette agitation n’est pas symétrique. ...

Nucléosythèse et étoiles à neutrons

(C) NASA - Nébuleuse du Crabe, marquée par la présence d'une étoile à neutron
Mis à part quelques éléments légers comme l’hydrogène, l’hélium, le lithium… produits peu après le big bang, tous les noyaux atomiques naturels ...

Des réfrigérateurs à torsion

Impératifs environnementaux

Près de 20% de l’énergie électrique produite dans le monde est consommée par les climatiseurs, réfrigérateurs et congélateurs. De plus, ces machines frigorifiques utilisent des fluides frigorigènes dont la plupart sont des gaz ...

Les batteries au lithium pour un Nobel

De la petite électronique à la voiture électrique, la pile lithium-ion - non rechargeable - et surtout l'accumulateur - rechargeable - ont envahi notre quotidien. Sans cette technologie lithium-ion, téléphones mobiles, tablettes et autres appareils nomades n’existeraient pas ou seraient ...

Du champagne supersonique

Physique du bouchon de champagne

Tout le monde le sait, lorsqu’une bouteille de champagne est débouchée, le bouchon est souvent violemment propulsé… ce qui peut être dangereux s’il percute l’œil. La raison pour laquelle le bouchon saute à environ 50 km/h vient ...

Le matériau le plus noir du monde

Si vous pensiez qu’obtenir un noir intense était chose facile, vous vous trompiez. Depuis de nombreuses années, artistes et scientifiques cherchent la formule du véritable noir, ou du moins à s'en approcher. Par noir véritable, entendez une surface qui ne renverrait aucun rayon lumineux. Actuellement, ...

Organes sur puce, vers un futur bionique ?

Imaginez une puce tenant dans la main qui renfermerait un micro-poumon ? Science fiction ? Fantasme de savant fou ? Absolument pas, il s'agit de choses bien réelles et déjà brevetées ! Apparus courant 2010, les organes sur puce visent à reproduire le fonctionnement de certains organes dans des conditions expérimentales choisies.

Des débuts prometteurs

C'est une équipe de Boston, qui la première a mis au point le premier véritable organe sur puce. Il s'agissait d'un dispositif faisant intervenir la technologie microfluidique. « Visuellement, les organes sur puce ressemblent à des dominos » explique Xavier Gidrol, chef de service au CEA-Irig de Grenoble. Domino dans lequel des micro-canaux transportant de l'air et du liquide proche du sang sont séparés par une couche de cellule endothéliale et épithéliale pulmonaire, mimant la paroi alvéolaire d'un poumon. Cette paroi, et c'est la vraie révolution qu'a apportée l'équipe bostonienne, peut s'étirer en rythme, comme lors de la respiration. Ainsi, ce dispositif permet de mimer à la perfection la fonction de l'organe pulmonaire.

Depuis le premier "poumon sur puce", de nombreux chercheurs se sont penchés sur le sujet, recréant les fonctions de nombreux organes sur des puces en polydiméthylsiloxane (un polymère). À la différence des organoïdes (mini-organes produits à partir de cellules souches), les organes sur puce miment la fonction d'un organe tandis que les autres ont pour vocation de répliquer les organes. Les deux technologies peuvent sembler proches, mais n'impliquent pas les mêmes techniques. Les organoïdes sont cultivés en milieu de culture à partir de cellules souches pluripotentes. Ces cellules se différencient progressivement et s'organisent selon les lois qui les régissent pour former des mini-organes. Dans le cas des organoïdes il s'agit d'auto-organisation tandis que pour les organes sur puce le développement est contrôlé et chaque cellule est placée sciemment.

Une révolution pour l'industrie pharmaceutique

La première application des organes sur puce se situe dans la recherche pharmacologique. Cette technologie pourrait permettre à long terme de se passer des essais réalisés sur les animaux. En plus de l'aspect éthique, l'expérimentation animale possède de nombreuses limites. "Cela fait des années que nous savons soigner le cancer chez la souris alors que nous tâtonnons encore pour l'homme", souligne Mr Gidrol. En effet, l'action d'un médicament peut être très différente lorsqu'on l'administre à une souris ou à un homme. Avec les puces, les cellules utilisées sont d'origine humaine, l'effet des médicaments est donc beaucoup mieux évalué. Par exemple, pour tester l'effet d'un traitement de la mucoviscidose, il suffirait de prendre les cellules pulmonaires d'un patient et de recréer le poumon malade sur puce, puis de tester la substance médicamenteuse. Sur le long terme, les traitements pourraient être personnalisés grâce à cette technique.

Depuis ces premiers pas, l'organe sur puce a beaucoup évolué et les financements suivent cette évolution, ce qui permet à de nombreuses équipes de recherche dans le monde de se concentrer sur la question.

Une technique pleine d'avenir :

Dans le domaine, deux nouveaux axes de recherche sont apparus. L'un représenté par les équipes du CEA de Grenoble, qui cherchent à développer des organoïdes sur puces et l'autre par certains chercheurs aux États-Unis qui essayent de connecter plusieurs organes sur puce entre eux, afin d'obtenir un « corps entier » sur puce (Body on a chip). Le but étant pour les deux axes de se rapprocher le plus possible d'une copie réaliste d'organes. « Le Graal serait de se rapprocher le plus possible du vivant, pour avoir l'organe sur la paillasse » indique Xavier Gidrol, qui travaille sur un organoïde de foie et plus précisément sur des îlots de Langerhans sur puce. À l'avenir, cela permettrait de mieux comprendre le fonctionnement et le développement des organes.

À l'avenir, cette technologie pourrait révolutionner la médecine régénératrice, en greffant des organoïdes à des patients en attente d'une greffe (cela ne remplacerait pas la greffe). Par exemple des personnes atteintes d'un diabète de type I pourraient se voir greffer des îlot de Langerhans élevés sur puce, produisant de l'insuline normalement. Le but serait de restaurer la fonction de l'organe en attendant la greffe d'un organe fonctionnel.

 

Pour en savoir plus :

Article de science et vie : https://www.sciencesetavenir.fr/sante/e-sante/organes-artificiels-ces-puces-qui-miment-le-vivant_92753

Les défi du CEA, dossier : http://www.cea.fr/multimedia/Documents/publications/les-defis-du-cea/les-defis-du-CEA-238.pdf

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Le matériau le plus noir du monde
Des chercheurs ont réussi a créer par hasard le matériau le plus noir au monde

Si vous pensiez qu’obtenir un noir intense était chose facile, vous vous trompiez. Depuis de nombreuses années, artistes et scientifiques cherchent la formule du véritable noir, ou du moins à s'en approcher. Par noir véritable, entendez une surface qui ne renverrait aucun rayon lumineux. Actuellement, tout objet de couleur noire est en réalité gris puisque la lumière n’est pas totalement absorbée et se reflète. C’est cette réflexion de la lumière qui rend possible la détection de relief dans des objets noirs comme les plis d’une chemise de couleur noire par exemple. En 2012, était créé le Vantablack capable d’absorber 99,965 % des rayons lumineux. Il restera le noir le plus intense jusqu'à septembre 2019. C’est un matériau capable d’absorber 99,995 % des rayons lumineux qui l’a détrôné. 

Le carbone allié inattendu :

Le nouveau matériau, comme le Vantablack avant lui, utilise une structure particulière lui permettant d’absorber les rayons lumineux. Cette structure, ce sont les nanotubes de carbone. Présents dans la nature, ils ont été synthétisés pour la première foi en 1993 par deux scientifiques distincts, Sumio Lijima et Donald S. Berthune. Les nanotubes de carbone sont une forme allotropique du carbone appartenant à la famille de fullerènes. Ils sont composés d’atome de carbones qui forment un tube parfois refermé à son extrémité par une demi-sphère. Ces structures dont la dimension est de l’ordre du nanomètre présentent de nombreuses propriétés comme une extrême résistance et une conductivité importante. De fait, les scientifiques les étudient depuis de nombreuses années. C’est par hasard que l’équipe du MIT a créé un matériau d’un noir ultra-profond en étudiant la pousse des nanotubes sur une feuille d’aluminium. 

Le principe

Les nanotubes de carbones sont disposés en « forêt », c’est-à-dire qu’ils sont alignés à la verticale resserré les uns entre les autres. Cette disposition permet de capturer la lumière et donc de minimiser la réflexion en créant des « pores » (espace entre les tubes). La découverte du matériau relève de la sérendipité. L’équipe ne cherchait pas à obtenir un noir 10 fois plus intense que le Vantablack, mais simplement à faire pousser des nanotubes de carbone sur de l’aluminium pour accroître ses propriétés conductrices et thermiques. La raison pour laquelle le matériau absorbe encore plus de lumière que ses prédécesseurs reste inconnue. Cela n’a pas empêché les artistes et les entreprises spécialisées dans le camouflage à s’intéresser au matériau. En effet, tout matériel recouvert par ce matériau perd pour l’œil humain tous ses contours. 

Applications futures :

Un artiste résident du MIT a déjà présenté une œuvre réalisée avec ce matériau. Il en a recouvert un magnifique diamant jaune naturel de 16,78 carats, le tout exposé sur un fond noir le faisant passer de visible à invisible. L’œuvre s’appelle « Redemption of vanity » et montre bien l’efficacité du matériau. 
Ces propriétés pourraient s'avérer très utiles à la conception de futurs télescopes, pour bloquer la lumière parasite qui entre dans les lentilles et ainsi améliorer la capacité de détection d'objets célestes.

 

 

Pour en savoir plus :

 

Communiqué de presse du MIT (en anglais) : http://news.mit.edu/2019/blackest-black-material-cnt-0913

Science et vie : https://www.sciencesetavenir.fr/fondamental/materiaux/un-materiau-plus-noir-que-noir_137329

Sur les propriétés absorbante des nanotubes de carbone (anglais) : http://www.physics.umd.edu/courses/Phys404/Anlage_Spring10/nl072369t.pdf

Sur les nanotubes de carbone : https://fr.wikipedia.org/wiki/Nanotube_de_carbone

Sur le Vantablack : https://fr.wikipedia.org/wiki/Vantablack

 

Juliette Torregrosa
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