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Nanotechnologie

Construire des écrans avec de l'ADN

Des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv ont développé une nanostructure à base de matériaux organiques qui émettent de la lumière en réaction à un courant électrique, comme les lampes à LED. Cette nouvelle technique révolutionnaire, pourra dans l’avenir être intégrée dans les écrans d'ordinateur, les téléviseurs et les smartphones évitant l'emploi de métaux polluants.

L’étude, qui va être publié en couverture du numéro d'avril de la revue Nature Nanotechnology, constitue donc un nouveau pas vers les écrans composés de matières organiques.

vers-des-écrans-souples-à-base-dADN1 1Le Prof. Ehud Gazit, titulaire de la chaire de nano-biologie de l'Université de Tel-Aviv, et son doctorant Or Berger ont réussi à mettre au point une matière organique qui combine des particules de protéines et d’ADN possédant des propriétés optiques, qui se lient avec des structures ordonnées. Le projet, auquel ont également participé les Dr. Lihi Adler-Abramovich, Yuval Ebenstein, Tal Schwartz, le Prof. Felix Frolow, récemment décédé, et le Prof. Fernando Patolsky, tous de l'Université de Tel-Aviv, ainsi que le Dr. Linda Simon de l’Institut Weizmann.

La révolution du 21e siècle

Selon le Prof. Gazit, ancien scientifique en chef du ministère israélien de la Science et de la Technologie, après la révolution  polymère du 20e siècle, qui nous a fourni le plastique, le PVC, le silicone etc., la combinaison de la nanotechnologie et de la biologie est  la révolution de ce siècle. Pour lui, il n’est pas déraisonnable de penser que, dans quelques années, nous utiliserons des écrans d'ordinateur ou de télévision flexibles à base de particules de protéines et d'ADN, sans métal ni fil de cuivre.

Ehud Gazit« Notre laboratoire est spécialisé dans la nanotechnologie biologique, c’est-à-dire la production structures nanométriques constituées de matières organiques», explique le Prof. Gazit. « C’est à la fois plus écologique et moins coûteux, et permet de développer de nouvelles technologies qui ne peuvent pas être produites à partir de matériaux non organiques comme les métaux et les semi-conducteurs ».

Le domaine de la nano-biotechnologie, ou encore bio-nanotechnologie, est aujourd’hui l'un des fers de lance de la recherche en nanotechnologie. Il se concentre  autour de l'utilisation de deux composants organiques fondamentaux dans la nature, les hélices d'ADN, qui possèdent des propriétés d’assemblage spontané, et les peptides, courtes chaînes d'acides aminés qui composent les protéines. « Lorsque j’ai commencé mon doctorat, je voulais combiner la nanotechnologie des peptides et celle de l'ADN » commente Or Berger.

Les chercheurs ont ainsi réussi à créer des structures nanométriques sur la base d’une combinaison organique de peptides et d'ADN, et possédant leurs caractéristiques. Cependant, ils n’ont découvert les propriétés optiques de ces particules que par accident, en y introduisant un colorant fluorescent d’usage courant capable de se lier aux parties de l’ADN et de les faire s’éclairer. Ils se sont alors aperçus que même les particules qui n’avaient pas été coloriées éclairaient d’elles-mêmes, et qu’en outre elles pouvaient produire n’importe quelle couleur dans le domaine de la lumière visible, contrairement aux autres matériaux fluorescents qui produisent un rayonnement monochromatique.

Des propriétés optiques uniques

« Ces structures se sont avérées posséder des propriétés optiques uniques » commente Berger. « Non seulement elles peuvent éclairer par elles-mêmes, mais on peut également en obtenir de l'électro-luminescence. Autrement dit, lorsqu’elles sont sollicitées par un courant électrique, elles émettent de la lumière, comme les lampes LED. Dès lors, elles possèdent une grande variété d'applications possibles, tels que les écrans d'ordinateur, les télévisions et les téléphones intelligents ».

« Il existe actuellement un mouvement allant dans le sens de l'électronique basée sur des matières organiques et non sur des matériaux qui ne respectent pas l'environnement», commente le Prof. Gazit. « Nous sommes leaders dans ce domaine, celui de la nanotechnologie organique. Nous créons des nanomatériaux organiques. A partir du moment où on a des matériaux non-métalliques, on peut les mettre sur des substrats flexibles. Nous nous dirigeons vers un monde flexible… »

« Après avoir appris de la biologie comment les molécules s’auto-assemblent pour créer des structures nanométriques ordonnées. Nous apprenons le mode de création de ces structures, pour l’utiliser à notre avantage, et nous étudions les propriétés physiques des nanostructures que nous créons en utilisant les propriétés de ces molécules. Ici, il s’agit de l'émission de lumière, avec des applications possibles pour les écrans et l'électronique basée sur des substrats flexibles sans métaux. Mais il existe également un énormes potentiel d’autres fonctionnalités telles que la haute résistance mécanique, des propriétés des semi-conducteurs etc. C’est un nouveau monde qui s’ouvre à nous et les applications sont multiples ».

Selon le Prof. Gazit, le grand défi technologique dans le domaine de l’électronique n’est pas la  miniaturisation, mais la production de dispositifs qui s’auto-assemblent, basé sur la compréhension du fait que le système biologique est une sorte de machine qui peut être combinée avec la nanotechnologie. «L'idée est de réussir à procurer les fonctionnalités obtenues en nanotechnologie à des systèmes plus grands et plus spécifiques et de leur permettre de s’auto-assembler. C’est le début d'une révolution dans le domaine de la matière basée sur la nanotechnologie, et qui n’a pas de limite ».

L’actuel projet, qui a duré deux ans,  a été breveté par Ramot (Ramot : du laboratoire à l’industrie), la société de transfert de technologie de l'Université de Tel-Aviv, et a bénéficié du financement du Fond «Momentum» de l'Université, et du groupe industriel indien Tata.

 

Les recherches du Prof. Ehud Gazit sont subventionnées par la Fondation ADELIS.

http://siliconwadi.fr/17628/recherche-israelienne-vers-des-ecrans-souples-a-base-dadn 

Cet article a été publié dans http://siliconwadi.fr/ sous le titre "Recherche israélienne: vers des écrans souples à base d'ADN"

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Contrôler la lumière

Percée dans le domaine du génie des matériaux : des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv ont réussi à créer un nano-cristal permettant un contrôle sans précédent de la lumière.

controler la lumièreL’étudiant de master Nadav Segal et les doctorants Shay Keren-Zur et Netta Hendler, sous la direction du Dr. Tal Ellenbogen du Département d'électronique physique de l’Ecole de génie électrique de la Faculté d’ingénierie de l’Université de Tel-Aviv, ont réussi à développer un nouveau matériau non-linéaire permettant un contrôle sans précédent des fréquences lumineuses. Selon eux, ce nano-cristal aura de nombreuses applications pour les systèmes exigeant le contrôle et la manipulation de la lumière, comme les commutateurs optiques, les convertisseurs de fréquence de lasers et les amplificateurs de lumière

L’étude a valu à Nadav Segal le prix Feder pour les travaux de recherche exceptionnels dans le domaine des technologies de la communication, et à Shay Keren-Zur la bourse du Centre des énergies renouvelables de l'UTA. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Photonics.

De l'électronique à la photonique

« Les matériaux optiques non-linéaire sont des substances qui réagissent à la lumière d'une manière non proportionnelle à son champ électromagnétique » explique le Dr. Ellenbogen. « En d'autres termes, lorsque la lumière passe à travers ces matériaux, elle change de fréquence. Ces substances sont donc à la base des technologies futures reposant sur le contrôle de lumière, telles que les technologies informatiques optiques ».

Tal-Ellenbogen-580 1« Le monde passe aujourd'hui progressivement de l'électronique, c’est-à-dire de la gestion des signaux électriques, à la photonique ou traitement des signaux optiques » poursuit-il. « Par exemple, les informations qui transitent sur Internet par l’intermédiaire de fibres optiques sont transmises en fin de parcours à des terminaux électroniques, où elles subissent une transformation en signaux électriques. De même nos ordinateurs fonctionnent par traitement électronique, mais il y a un énorme intérêt à passer au traitement de signal optique dans de nombreux dispositifs, car il est à la fois économe en énergie et beaucoup plus rapide ».

Pour cela, il est nécessaire de développer des composants optiques à l’échelle nanométrique qui soient en mesure de manipuler la lumière. Grâce aux énormes progrès de la nanotechnologie, il devient aujourd'hui possible de tenter de trouver une solution à ce défi technologique, en créant des nanostructures à partir de matériaux divers.

Nano-antennes optiques

« Ces nanostructures permettent à leur tour de créer des matériaux composites possédant de nouvelles propriétés optiques  » explique le Dr. Ellenbogen. « On les appelle parfois méta-matériaux car ils présentent des propriétés qu’on ne retrouve pas dans les matériaux naturels. Ces dernières années, on a commencé à produire également des méta-matériaux non-linéaires qui ouvrent de nouvelles perspectives pour contrôler la lumière ».

 « Les matériaux optiques conventionnels, dits linéaires, ne sont pas capables de modifier la fréquence de la lumière», explique Shay Keren-Zur. « Les matériaux non linéaires, eux permettent un doublement de cette fréquence, ainsi que la connexion de différentes fréquences entre elles. Deux photons qui passent au travers d’un matériau non linéaire viennent en interaction l’un avec l’autre, de sorte qu’on peut en contrôler un à l’aide de l’autre ».

 «Ces derniers temps, on a commencé à mettre au point des méta-matériaux optiques non-linéaires construits à partir de nano-antennes optiques. Dans notre étude, nous avons montré que si on dispose ces nano-antennes dans un certain ordre, le méta-matériau se comporte comme un cristal, et nous pouvons donc contrôler la lumière  émise par ce quartz – à la fois sa direction et sa phase. Ce contrôle de la lumière possède de nombreuses applications. C’est pourquoi des entreprises géantes comme IBM ou Intel investissent aujourd’hui beaucoup dans le domaine de la nano-photonique »

Au Centre de nanotechnologie de l'UTA

Nano« Nous n’avons pas inventé le domaine des méta-matériaux non-linéaires », explique Nadav Segal, « mais nous avons montré comment on peut contrôler la lumière émise par le cristal : comment créer un cristal photonique qui permette un contrôle sans précédent de la lumière »

« Après avoir montré que notre idée marche en théorie, nous avons commencé à produire le matériau lui-même, ici même, au centre de nano de l'Université de Tel-Aviv » ajoute Shay Keren-Zur.

Le développement de ce nouveau matériau a pris deux ans. Finalement les chercheurs ont conçu un modèle de cristal non linéaire constitué d'unités de base en or d’une taille de 180 sur 180 nanomètres. Ils estiment que dans l'avenir on utilisera ce nouveau matériau pour créer une variété de produits pour l'électronique et l’informatique, comme des commutateurs optiques, des convertisseurs de fréquence de lasers et des amplificateurs de lumière. A présent, ils ont l’intention d’explorer toutes les possibilités de ce nouveau composant, tels que l'addition et la soustraction de fréquences.

 

Publié sur http://www.israelscienceinfo.com/

http://www.israelscienceinfo.com/nanos/premiere-luniversite-tel-aviv-cree-nano-cristal-permettant-controle-precedent-lumiere/

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Premier fil électrique à base d’ADN

Le prof. Alexander Kotlyar, du Département de biochimie et de biologie moléculaire de l'Université de Tel-Aviv, et le Prof. Danny Porath de l’Université hébraïque de Jérusalem ont mis au point un fil électrique expérimental à base de molécules d’ADN. Selon eux, ces résultats, publiés cette semaine dans la revue Nature Nanotechnology, pourraient conduire dans quelques années à la production d’une nouvelle génération de circuits informatiques miniaturisés, plus sophistiqués, moins chers et plus simples à fabriquer.

 

Première-transmission-du-courant-par-des-molécules-dADNDepuis 15 ans, les scientifiques ont tenté d’utiliser les propriétés conductrices des molécules d’ADN pour réaliser des circuits électroniques de taille nanométrique. Mais jusqu’à présent personne n’avait réussi à transmettre le courant électrique au moyen de ces molécules.

Des circuites 1000 fois plus petits

KotlyarL’équipe des chercheurs a réussi à concevoir une molécule d'ADN à quatre brins (au lieu de la double-hélice à deux brins de  l'ADN standard), capable de transmettre une charge électrique de plus de 100 picoampères  sur une distance de 100 nanomètres. Ils sont convaincus que cet ADN à quatre brins possède les mêmes propriétés d’auto-assemblage que le type à double hélice, et que d'ici quelques années, ils seront en mesure de produire des nanocircuits intégrés programmables à base de fils moléculaires d'ADN. Selon le Prof. Kotlyar, ces circuits seront 1000 fois plus petits que les circuits existants, et beaucoup plus rapides et efficaces. Pour certains, ces circuits moléculaires seront également capables d’un traitement beaucoup plus riche des données, se rapprochant davantage du fonctionnement du cerveau que la logique binaire simple effectuée par des microprocesseurs de silicium.

 

Les scientifiques tentent actuellement de perfectionner la conductivité de leur fil d'ADN, en améliorant le mécanisme de déplacement de l’électricité qu’ils ont repéré au cours de leur étude. Ils travaillent par ailleurs à obtenir l'auto-assemblage des brins.

 

L'équipe comprenait également des scientifiques d'instituts de recherche d'Espagne, de Chypre, d'Italie, du Danemark et de l’Université de Columbia aux États-Unis.

 

Cet article a été publié sur http://siliconwadi.fr/ sous le titre: "Première transmission du courant par des molécules d'ADN", le 7.11.2014 

http://siliconwadi.fr/15765/premiere-transmission-du-courant-par-des-molecules-dadn

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Une nanopuce 3000 fois plus précise que le nez d'un chien pour détecter les explosifs

 

Détection-dexplosifs-une-nanopuce-3000-fois-plus-sensible-quun-chien 1Une équipe de chercheurs de l'Ecole de Chimie de l'Université de Tel-Aviv, en collaboration avec la société Tracense de nanotechnologie et sous la direction du Prof. Fernando Patolsky, a mis au point une puce électronique équipée d'une multitude de nano-capteurs capable de détecter à distance d'infimes molécules d'explosifs dispersées dans l'air, avec une sensibilité des milliers de fois supérieure à celles du nez d'un chien. La nouvelle technologie, qui éveille déjà un intérêt considérable dans les milieux de la sécurité civile et militaire en Israël et dans le monde, a été publiée dans la prestigieuse revue Nature Communication.

 

Fernando-Patolsky-023-575Selon le Prof. Patolsky, les détecteurs existants actuellement pour identifier les explosifs sont coûteux et encombrants. De plus, le processus de déchiffrement des résultats est long et nécessite le recours à des experts et à des laboratoires externes. Le nouveau détecteur, par contre «est compact, peu coûteux, mobile, et permet une identification rapide, efficace et fiable des explosifs», explique-t-il.

 

Le détecteur mis au point par le Prof. Patolsky se compose d'une puce équipée de milliards de nano-fibres en silicium, formant un dispositif électrique extrêmement sensible, recouvert d'une couche de 144 récepteurs chimiques. Lorsqu'une molécule d'explosif vient en contact avec ces récepteurs, elle se fixe à eux et réagit à chacun d'entre eux simultanément. Le détecteur effectue alors une analyse mathématique en temps réel de la réponse de la matière aux différents récepteurs, avec une rapidité, une efficacité et une fiabilité sans concurrence, ont affirmé les chercheurs.

 

Lire la suite sur: http://siliconwadi.fr/14779/detection-dexplosifs-une-nanopuce-3000-fois-plus-sensible-quun-chien. Cet article a été publié sur http://siliconwadi.fr/ le 2/07/2014 sous le titre: "Détection d'explosifs: une nanopuce 3000 fois plus sensible qu'un chien".

 

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Vers un œil bionique ?

Retine artificielle

les chercheurs en nanotechnologie de l'U.T.A. tentent de fabriquer une rétine artificielle capable de rendre la vue aux aveugles.

Le Prof. Yael Hanein, directrice du Centre de Nanosciences et Nanotechnologies ainsi que de l'Institut de Nanomédecine de l'Université de Tel-Aviv a récemment dévoilé les recherches menées ces dix dernières années dans son laboratoire pour créer une rétine artificielle, capable de remplacer l'action des photorécepteurs naturels de l'œil, lorsqu'ils sont détruits par la maladie dégénérative de la rétine liée à l'âge (DMLA).

 

Ces recherches ont été présentées lors d'une journée d'études internationale organisée à Londres par Solve for X, le laboratoire d'idées lancé par Google pour promouvoir les projets d'innovation visant à résoudre les défis scientifiques majeurs au moyen de technologies de rupture (Projets dits "Moonshots", entre la science et la science-fiction).

 

La DMLA, Dégénérescence Maculaire liée à l'âge (AMD en anglais) est une maladie due à ladégradation progressive de lamacula, partie centrale de la rétine, provoquant la détérioration des capacités visuelles à partir de 50 ans, et le plus souvent après 65 ans. Comme le souligne le Prof. Hanein, l'augmentation de la longévité dans les pays développés fait que de plus en plus de personnes souffriront de cette maladie, qui endommage gravement, voire totalement les capacités de lire, d'écrire et de reconnaître les visages. C'est pourquoi les chercheurs de son laboratoire travaillent depuis une dizaine d'années au développement ce qu'ils appellent une vision artificielle.

 

Lire la suite sur: http://siliconwadi.fr/13498/nanotechnologies-une-retine-artificielle-pour-rendre-la-vue-aux-non-voyants

Cet article a été publié sur http://siliconwadi.fr/ le 11/03/2014 sous le titre: "Nanotechnologies: une rétine artificielle pour rendre la vue aux non-voyants"

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