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Nanotechnologie

Des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv développent une technologie permettant la détection à distance de faux médicaments et d'explosifs

Un groupe de chercheurs du laboratoire de nano-électro-optique du Département de physique électronique de l'Université de Tel-Aviv, sous la direction du Prof. Tal Ellenbogen, a réussi à développer une nouvelle méthode pour produire et contrôler les ondes térahertz à l'aide de matériaux nanométriques. Cette recherche révolutionnaire permettra le développement accéléré d'un large éventail de nouvelles applications critiques, entre autres dans les domaines de la médecine, de la haute technologie et de la sécurité, comme par exemple la détection à distance de médicaments contrefaits ou d'explosifs, et d'effectuer des tests d'imagerie médicale par rayonnement non ionisant.

Tal EllenbogenL'étude a été menée par les doctorants Shay Keren-Zur et Mai Tal du laboratoire du Prof. Ellenbogen et le Dr. Sharly Fleischer, de l'École de chimie, en collaboration avec le Prof. Daniel Mittelman de l'Université Brown aux Etats-Unis, et a été récemment publiée dans les revues Nature Communications et Nano-Letters. Elle sera présentée début février 2020 lors de la Conférence internationale d'optique Photonics West à San Francisco.

Des nano-antennes en or 

Les ondes térahertz sont des ondes électromagnétiques plus courtes que les micro-ondes et plus longues que l'infrarouge. Selon le Prof. Ellenbogen, la communauté scientifique connait depuis longtemps l'intérêt de ces ondes en raison de leur interaction spécifique avec les matériaux, qui leur permet, par exemple, d'en identifier certains avec précision. De plus, elles peuvent pénétrer certains matériaux non conducteurs comme les tissus, le plastique, le bois, le carton, la maçonnerie, la céramique etc…. qui apparaissent comme opaques aux autres longueurs d'onde, de sorte qu'elles peuvent être utilisées pour détecter des objets cachés et même déterminer leur composition. Cependant, malgré la grande importance de ces ondes, la capacité de les produire et de les maitriser est très limitée par rapport aux autres champs de rayonnement.

La nouvelle étude utilise des surfaces nanométriques, connues sous le nom de méta-surfaces, fabriquées au Centre de Nanoscience et Nanotechnologie de l'Université de Tel-Aviv à l'aide de techniques avancées, et permettant une production et une maitrise sans précédent des ondes térahertz.

Dans le cadre de l'étude, les chercheurs ont créé des surfaces parsemées de nano-antennes en or (un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre), absorbant efficacement la lumière de lasers émettant des impulsions infrarouges ultracourtes, et convertissent cette énergie en rayonnement térahertz. En contrôlant les antennes sur les méta-surfaces, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient réguler la forme spatiale et temporelle des impulsions térahertz, d'une manière qui n'avait jamais été possible auparavant.

De nouvelles perspectives

"La démonstration que nous avons effectuée en laboratoire est révolutionnaire et ouvre de nouvelles perspectives. L'utilisation de nanomatériaux et la capacité de produire de la lumière à partir d'eux de manière contrôlable, procurent d'autres outils technologiques importants et fournissent de nouvelles possibilités, faisant avancer la recherche dans ce domaine d'un grand pas en avant", a déclaré le Prof. Ellenbogen.

"La capacité de contrôler pleinement la forme spatiale et autres propriétés des ondes térahertz, comme démontré dans l'étude, permettra notamment le développement et la mise en œuvre de méthodes d'imagerie avancées, et de nouvelles techniques de microscopie et de spectroscopie. Ainsi, par exemple, sera-t-il possible d'améliorer l'identification à distance, sans tests chimiques de laboratoire, de la composition et de la structure spatiale de divers matériaux. Cela permettra, par exemple, de détecter facilement les faux médicaments et les explosifs".

En raison de son importance, l'étude a été financée par le Conseil européen de la recherche (ERC), et le ministère israélien de la Science et de la Technologie.

 

Sur la photo, de droite à gauche: le Prof. Tal Ellenbogen, Mai Tal et Shay Keren-Zur. (Crédit: Université de Tel-Aviv).

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Vers un traitement révolutionnaire des plaies diabétiques : des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv fabriquent un pansement à partir de chair de méduse

Le doctorant Roman Nudelman, du laboratoire d'électronique moléculaire de l'Université de Tel-Aviv, sous la direction du Prof. Shachar Richter de la Faculté d'ingénierie et du Centre de Nanotechnologie de l'Université, a réussi à transformer deux protéines présentes dans le corps des méduses en un bandage spécial destiné à accélérer le processus de guérison des plaies chez les patients diabétiques. L'étude novatrice, dont les résultats ont déjà été testés avec succès en laboratoire, constitue une véritable avancée pour le traitement de ces lésions dangereuses dont certaines peuvent aller jusqu'à l'amputation d'un membre.

Roman NudelmanLes méduses qui atteignent chaque été les côtes méditerranéennes ne sont pas seulement une nuisance et une cause de brûlures parfois dangereuses, il s'avère qu'elles peuvent aussi nous guérir. Dans le cadre de recherches révolutionnaires, les chercheurs de l'UTA sont parvenus à fabriquer un pansement perfectionné à partir de fibres de méduses, destiné aux patients qui souffrent des plaies les plus difficiles à soigner. "Le processus de guérison des plaies chroniques est bloqué au stade de l'inflammation et ne parvient pas à progresser", explique Roman Nudelman. "La chair de méduse que nous utilisons pour nos pansements est destinée à régler ce problème.

Attirer les molécules nuisibles dans le bandage

Notre corps dispose d'un mécanisme en quatre étapes pour guérir les plaies: arrêt du saignement, inflammation, guérison et reconstitution de la peau. Chez les diabétiques, le processus est stoppé au niveau de l'inflammation, en raison du dérèglement de nombreuses cellules qui empêchent le collagène de reconstruire la base du tissu sain. "Il y a dans ces cellules trop de molécules qui décomposent le collagène, et donc dès que le corps commence à recréer sa structure de base, elles le décomposent de nouveau, et la plaie ne sort pas de l'état inflammatoire", explique Roman Nudelman. "C'est pourquoi les plaies chroniques ou les plaies infectées mettent tellement de temps à se guérir. "Le rôle principal de notre nouveau pansement est de prendre les protéines qui décomposent le collagène dans la plaie et de les attirer dans le bandage, afin que le corps puisse poursuivre son processus de guérison".

Shachar RichterDans le cadre de cette étude révolutionnaire, les chercheurs ont recueilli cet été près de 300 kilos de méduses, pêchées dans les environs de la Marina d'Herzliya. "Nous n'utilisons que le corps, ou cloche de la méduse en la débarrassant de la partie vénéneuse ", explique le Prof. Richter. Cette cloche contient deux protéines très importantes pour la guérison des plaies, la mucine et le collagène. Grâce à un processus d'électro-filtrage perfectionné, les chercheurs fabriquent une solution à partir de cette chair pour produire des fibres avec lesquelles ils créent un bandage composé de quatre couches très fines, d'une épaisseur totale d'un dixième de millimètre.

De plus, ce pansement révolutionnaire peut être personnalisé: "Le processus de production particulier de ce pansement permet d'y intégrer des couches supplémentaires, et donc de l'adapter au patient lui-même", explique Roman Nudelman. "Le pansement adhère totalement à la plaie, sans laisser aucun espace non recouvert, mais ne colle pas dessus et on peut le retirer facilement".

Un pansement personnalisé

Le diabète se caractérise par un niveau élevé de sucre dans le sang suite à un manque partiel ou total d'insuline, qui agit comme un verrou sans lequel le sucre continue de circuler dans le système sanguin au lieu de pénétrer dans les cellules qui en ont besoin comme source d'énergie. Les bactéries profitent alors de ce sucre pour se multiplier beaucoup plus vite, et c'est l'une des raisons pour lesquelles les diabétiques ont plus de difficultés à combattre les infections. La multiplication des bactéries, de même que l'endommagement des petits vaisseaux qui caractérise également le diabète explique le temps prolongé que mettent ces plaies pour se guérir. Si elles ne sont pas traitées à temps, elles peuvent aller jusqu'à l'amputation d'un membre. Pour ces patients, la possibilité de disposer de bandages qui fonctionneront de manière rapide, efficace et personnalisée constitue une véritable avancée.

Le bandage a déjà été testé avec succès sur des petits et grands animaux et les essais cliniques sur des patients humains vont débuter dans les prochains mois. "Je pense que nous pourrons mener les premiers essais sur des personnes d'ici de trois à six mois", a déclaré le Prof. Richter, actuellement en Australie, où sera effectuée une partie des essais cliniques parallèlement à ceux menées en Israël. "Nous espérons que ces essais seront aussi réussis que les précédents".

 

Pansement méduse

 

Crédit photo: Chaine 13 de la télévision israélienne.

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L’Université de Tel-Aviv et une entreprise de joaillerie mettent la plus petite Bible du monde dans un bijou

Le Centre des Nanosciences de l’Université de Tel-Aviv s’est associé à l’entreprise israélienne de joaillerie Tanaor pour insérer les 929 chapitres et psaumes de la Bible sur une minuscule puce électronique enchâssée dans un bijou pouvant être porté autour du cou.

TanaorD’après Yuval Kupitz, responsable des partenariats internationaux du Centre, "Cette collaboration est tout à fait particulière. La nanotechnologie est généralement utilisée dans des domaines tels que les capteurs intelligents, les médicaments, les appareils médicaux, l’électronique et l’optique. Nous nous sommes associés à une entreprise qui fabrique des produits de consommation. C’est une excellente occasion d’entrer dans un secteur traditionnel qui accroît sa valeur grâce à l’innovation".

La Bible toute entière sur une nano-puce

La nanotechnologie permet de réduire une quantité énorme d’information à des dimensions minuscules. C’est ce qu’ont fait les chercheurs du Centre lorsqu’ils ont concentré les 929 chapitres de la Bible sur une puce unique. Pour cela, ils ont utilisé un faisceau d'ions pour déloger les atomes du revêtement afin de façonner chacune des 1,2 million de lettres de la Bible sur la nano-puce.  Selon eux, la réalisation de cette ‘puce biblique’ nécessite sept étapes distinctes, dont l'exposition aux ultraviolets, jusqu’à la métallisation finale. Des copies uniques sont ensuite découpées dans la feuille de silicone à l’aide d’une scie diamantée pour en faire des puces individuelles. Enfin, chaque puce est incorporée à un bijou.

Bible nanoLes chercheurs effectuent des tests d'assurance qualité et utilisent des méthodes de numérisation sophistiquées pour garantir l'authenticité du produit final. La nano-puce est si minuscule et les lettres si minutieuses qu'on ne peut voir l’écriture qu'en utilisant des microscopes professionnels avec un grossissement par 100, principalement disponibles dans les laboratoires des universités et des musées.

Tanaor est une entreprise israélienne de bijouterie établie depuis 1946, appartenant à la famille Moldawsky. Il y a un peu plus de deux ans, Magali Moldawsky et sa mère Aviva ont pris contact avec les chercheurs du Centre des nanosciences et de nanotechnologie de l'UTA, pour envisager la possibilité de combiner science, technologie et innovation avec l'artisanat traditionnel, dans le but de créer une ligne de ‘bijoux spirituels’, procurant à la personne qui les portent une "expérience émotionnelle spéciale" et un "sentiment de protection".

Magali, titulaire d’une licence en droit et économie de l'Université de Tel-Aviv,  explique que le concept qui sous-tend les collections de Tanaor est d’exposer et de connecter des mondes, en utilisant les avancées de la technologie pour intégrer l’histoire de la Bible dans la vie de tous les jours.

Le premier nano centre en Israël

Chaque pièce est accompagnée d’un certificat d’authenticité délivré par le Rabbin Elihu Shannon, expert reconnu dans le domaine, et vérifié par le Dr. Youri Borisenkov de l’Ecole d’ingénierie mécanique de l’Université de Tel-Aviv, pour confirmer que la puce contient bien l’ensemble du texte biblique.

La ‘nano-Bible’ réalisée à l’Université de Tel-Aviv est intégrée dans un  assortiment de bijoux pour hommes et femmes, répartis en neuf collections, comportant des pendentifs représentant des symboles comme l'arbre de vie ou l'étoile de David, ou des motifs en forme de fleurs, de clé, d’ailes d’ange etc., des colliers de mots, des bracelets en cuir et autre. Leur prix varie de 80 à 4 000 dollars. Ils sont vendus dans des musées, tels que le Musée de la Bible à Washington ou le Musée d’Israël à Jérusalem, sur les lignes d’El Al et par Internet.

Le Centre des nanosciences et de nanotechnologie de l'Université de Tel-Aviv est le premier institut du genre en Israël. Fondé en 2000, il fournit des services de nanotechnologie au marché commercial dans divers domaines et dessert plus de 50 groupes de recherche et  40 entreprises auxquels il donne accès à des équipements et des services avancés de recherche et développement.

Un centre plus important et plus ambitieux, dont la construction sur le campus sera assurée par l’architecte français Michel Rémon, ouvrira ses portes en 2020.

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Le nouveau Centre de nano-technologie de l'Université de Tel-Aviv sera construit par un architecte français

Le studio de l'architecte français Michel Rémon a été choisi parmi 128 autres bureaux d'architecture du monde entier pour construire le nouveau Centre de recherche en Nanosciences et Nanotechnologies qui sera érigé sur le campus de l'Université de Tel-Aviv. Le projet français a été choisi pour sa compréhension du contexte architectural local, y compris le caractère de la ville de Tel-Aviv et du campus de l'Université, et pour ses plans qui reflètent l'esprit scientifique, technologique et innovant du nouveau centre et du campus. La construction devrait être achevée en 2020.

Nano-building580Le nouveau bâtiment servira de lieu de travail à 120 scientifiques et ingénieurs. Il comprendra 12 laboratoires de recherche, des bureaux et des espaces publics répartis sur trois étages et sera conçu selon les techniques les plus avancées de construction écologique, de façon à permettre une exploitation optimale de la lumière et la ventilation naturelles. Sur son toit seront installés des panneaux solaires et il comprendra également un système de collecte des eaux pluviales.

Le Président de l'Université, le Prof. Joseph Klafter, a déclaré que "le choix du projet reflète la synergie entre les besoins techniques de la recherche, et notre désir d'offrir un environnement de travail ouvert et accueillant. Je ne doute pas que le nouveau bâtiment contribuera à promouvoir l'excellence de la recherche et la coopération internationale".

Le studio Michel Rémond est un bureau d'architecte expérimenté dans la conception de bâtiments technologiques de haut niveau. Il a conçu, entre autres, le Centre National de la Recherche en Nanosciences et Nanotechnologie du CNRS près de Paris, les laboratoires de physique et biologie de l'Ecole Polytechnique à Palaiseau, l'Institut national pour l'énergie solaire en Savoie et le Centre de Recherche Paris-Saclay. "Nous aimons le défi qui existe dans les endroits où la science rencontre l'effort et le progrès humain", a déclaré l'architecte Alexis Peyer du Studio Michel Rémond. "L'aspect  le plus difficile et intéressant de ce projet a été de concevoir un bâtiment à la fois très technique à des fins de recherche scientifique, tout en respectant  la nécessité de l'adapter à l'architecture forte et iconique du campus de l'Université de Tel-Aviv."

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Un patch électronique développé à l'Université de Tel-Aviv pour lire les émotions et améliorer les processus de traitement et de réadaptation

Le Prof. Yael Hanein, directrice du Centre de nanoscience et nanotechnologie de l'Université de Tel-Aviv, a mis au point une étiquette autocollante innovante, posée sur la peau comme les tatouages temporaires pour enfants, qui suit l'activité électrique des muscles pendant plusieurs heures. Le nouveau patch, facile à utiliser, accessible à tous et qui n'interfère pas avec les activités quotidiennes de l'utilisateur, pourra permettre de cartographier les émotions mais aussi d'améliorer les processus de soins et de réadaptation.

EtiquetteHaneinL'étude, réalisée dans le cadre d'un projet européen avec le soutien partiel du consortium pour la recherche technologique pour le traitement des maladies du cerveau (BSMT) du Ministère israélien de l'Economie a été présentée cette semaine dans le cadre d'un atelier de recherche international en nano-médecine à l'Université de Tel Aviv.

Selon le Prof. Hanein, le nouveau patch développé à l'Institut de nanotechnologie de l'Université de Tel-Aviv, rend inutile l'emploi du gel froid et collant utilisé pour augmenter la conductivité des électrodes lors des examens médicaux basés sur le processus d'enregistrement de signaux électriques à la surface de la peau, comme les électrocardiogrammes, par exemple. L'étiquette électronique repose sur une combinaison surprenante de nanotechnologie avancée et d'un produit le plus élémentaire possible : les tatouages temporaires utilisés par les enfants. "Nous nous sommes basés sur les matériaux disponibles et des méthodes conventionnelles d'impression industrielle, afin de raccourcir autant que possible le processus de développement" explique le Prof. Hanein.

Une application possible importante du patch, actuellement en cours de développement, est la cartographie des émotions. "La capacité à identifier et à cartographier les émotions des personnes possède de nombreuses utilisations potentielles", explique le Prof.  Hanein. "Annonceurs, enquêteurs, journalistes, tout le monde veut tester les réactions des individus à des produits ou à des situations différentes. Actuellement, en l'absence d'outils de mesure scientifiques précis, on se base essentiellement sur des questionnaires subjectifs. En parallèle de nombreux chercheurs dans le monde tentent de développer des méthodes pour identifier les émotions en analysant les expressions faciales, principalement basées sur l'analyse de photos du visage à l'aide de logiciels intelligents. Notre patch peut fournir une solution simple et pratique: le suivi des expressions et des émotions par les signaux électriques reçus par les muscles du visage ".

De la cartographie des émotions au fonctionnement des prothèses

Selon elle, une part de l'expression des émotions chez les adultes est spontanée et sincère, et une autre forcée ou falsifiée. "La capacité de cartographier un sentiment est un outil dont on se sert beaucoup en psychologie. Par exemple, l'absence d'expression d'empathie dans des situations qui l'appellent est un signal alarmant".

EtiquetteMais selon le Prof. Hanein, le patch innovant est susceptible d'avoir également de nombreuses autres applications. Une étude récemment lancée avec des chercheurs de l'hôpital Ichilov de Tel-Aviv l'utilise pour suivre l'activité musculaire chez les patients atteints de maladies neurodégénératives et souffrant de troubles moteurs, à l'état de veille et pendant le sommeil. Dans le secteur des transports, il sera possible de surveiller les paramètres physiologiques indiquant la vigilance des conducteurs, en fixant l'étiquette sur certains muscles. Dans celui de la réadaptation, elle pourra aider les patients souffrant de lésions cérébrales à améliorer le contrôle de leurs muscles, et les personnes ayant subi l'amputation d'un membre à adapter leurs prothèses aux muscles existants. Elle pourra en outre permettre aux chirurgiens de surveiller l'activité cérébrale et la sensibilisation des patients  lors des opérations du cerveau.

Le patch est composé de trois éléments: des électrodes de carbone, une surface collante qui sert à faire adhérer le tatouage temporaire à la peau, et un revêtement en polymère conducteur à la structuration nano-topographique permettant les performances des électrodes. "Le résultat est une étiquette électronique efficace, qui enregistre un signal stable et fort pendant des heures, sans être irritante pour la peau. Pour l'utilisateur, c'est un simple patch qu'il colle sur lui à l'endroit approprié, et oublie. Il peut dès lors continuer ses activités habituelles, pendant que l'autocollant mesure et enregistre l'intensité de son activité musculaire ".

Le patch innovant a été présenté pour la première fois dans le cadre d'un atelier de recherche international dans le domaine de la nano-médecine, qui s'est tenu à l'Université de Tel Aviv du 19 au 23 juin, et auquel ont participé des dizaines de doctorants et chercheurs des plus grandes universités du monde, dont Harvard, Carnegie Mellon, l'Université de Chicago et l'Université du Michigan, ainsi que des institutions de recherche importantes en Israël et en Italie.

Les sujets débattus dans ce cadre incluaient la cicatrisation des plaies, les supports de médicaments, les capteurs, implants robotisés, dispositifs sensoriels, dispositifs nanométriques et périphériques d'impression de tissus organiques en trois dimensions. L'atelier a été financé en grande partie par une subvention de l'IEEE (Institut des Ingénieurs électriciens et électroniciens), la principale organisation américaine dans le domaine de l'ingénierie électrique.

 

Sur la photo du haut: le Prof. Yael Hanein faisant une démonstration du patch.

 

Cet article a été publié sur Siliconwadi.fr sous le titre "Le patch électronique israélien pour lire les émotions"

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