NIMBE

Nanosciences et Innovation
pour les Matériaux
la Biomédecine
et l'Énergie

Les déchets plastiques rejetés dans la nature se fragmentent jusqu'à former des micro- et nano-particules. De plus en plus de missions exploratoires et d’études montrent que ces particules sont aujourd'hui présentes dans de nombreux compartiments environnementaux.

Les plastiques, légers et peu onéreux, sont souvent préférés comme matériaux de contenant pour les produits alimentaires, ménagers ou de pharmacie. Une recherche active reste de mise pour garantir que le plastique choisi est bien inerte vis-à-vis du contenu et ne détériorera pas ses qualités.

Face au défi mondial de la transition énergétique et de l’indépendance énergétique, d'intenses recherches académiques et industrielles sont poursuivies sur différents dispositifs de stockage d'énergie, dont les batteries et les super-condensateurs, pour atteindre une production d'électricité décarbonée.

Les équipes NIMBE/LIONS du CEA-Iramis et "Régulation transcriptionnelle des génomes" de CEA-Joliot/I2BC se sont associées pour développer et valider un système innovant d’automatisation de cultures de cellules.

Les imogolites sont des nanotubes d’aluminosilicate à forte courbure interne, dont l'architecture en fil nanométrique se prête à de multiples possibilités de fonctionnalisations chimiques.

La "corona" désigne l'enveloppe de protéines qui entoure spontanément toute nanoparticule plongée dans un milieu biologique. Elle joue un rôle important dans les mécanismes couramment en jeu en nanomédecine et nanotoxicologie.

Les études sur l'influence de rayonnements de toutes natures sur la matière biologique ont des enjeux à la fois pour la protection de la santé et pour les moyens thérapeutiques qu'elles peuvent offrir. Radiobiologie (effets de particules ionisantes) et photobiologie (effets de la lumière) contribuent chacun dans leur domaine.

Des chercheurs de l’I2BC@Saclay et de l’UMR NIMBE, en collaboration avec le Laboratoire Léon Brillouin (LLB), ont analysé la structure de la couronne composée de deux protéines modèles adsorbées sur des nanoparticules de silice, en utilisant la technique de diffusion des neutrons aux petits angles.

Une large collaboration de chercheurs a mis au point une nouvelle méthode permettant d’améliorer la capacité de stockage et de réduire le coût de production des batteries lithium-ion. La technologie proposée est basée sur l’irradiation des matériaux, de façon similaire à ce qui se fait par exemple dans les industries de traitement des aliments, des médicaments et des eaux usées.

Diverses anomalies peuvent affecter le transport de l’oxygène par le sang et nécessiter une transfusion. Afin d’éviter les problèmes liés aux transfusions, comme la disponibilité ou les contaminations, la recherche de substituts sanguins est indispensable.

​Une collaboration entre une équipe de l'IRAMIS/NIMBE et deux équipes de l'I2BC@Saclay mettent en évidence l'affinité très forte de nanoparticules de silice pour des protéines de liaison de l'ARN présentant des séquences de base nucléique à motifs RGG (R = Adenine ou Guanine - Guanine-Guanine).

La détection de biomarqueurs dans des fluides biologiques est une étape essentielle du diagnostic de plusieurs maladies et indispensable à leur traitement. Ces biomarqueurs sont souvent présents en quantité très faible nécessitant une étape de concentration.

Chez les organismes vivants, les processus de biominéralisation régulent la croissance des tissus minéralisés, tels que les dents, les os, les coquilles… Ces procédés restent fascinants à étudier pour une meilleure compréhension du monde naturel qui nous entoure et de sa diversité, d'autant plus que ces recherches peuvent contribuer à l'élaboration de procédés biomimétiques pour la réalisation de nouveaux matériaux.

Comprendre comment les électrons émis lors de la décharge d’une batterie interagissent avec l’électrolyte est indispensable pour mieux appréhender les causes de leur vieillissement.

La matière nanostructurée offre des propriétés originales que l'on peut mettre à profit pour de très nombreuses applications innovantes. Les nanotubes de carbone ou le graphène en sont les exemples phares.

​Pister la bioaccumulation des nanoparticules à des doses environnementales est un vrai défi scientifique. Deux équipes du CEA Saclay (DSM-Iramis et DSV-IBITECS) sont parvenues à suivre le parcours  de nanoparticules de dioxyde de titane à des doses environnementales dans des moules de rivière (Dreissena polymorpha).

Comprendre comment se forment les nanoparticules dans l’eau et à température ambiante est un enjeu important, tant pour la compréhension de mécanismes naturels que pour la synthèse efficace de nanomatériaux.

Les vésicules, simples compartiments dont la membrane isole deux milieux aqueux, sont proposées comme nano-réacteurs chimiques ou comme vecteurs pouvant transporter et délivrer à un emplacement ciblé des molécules d’intérêt, en imitation de fonctions biologiques (l'étude de l'échange entre cellules via des vésicules est l'objet du Prix Nobel de Physiologie-Médecine 2013).

Une émulsion, mélange de deux liquides non miscibles, est stabilisée à l'aide d’une molécule spécifique tensioactive (la moutarde de la vinaigrette). Un des liquides forme alors des gouttes isolées au sein de la matrice continue de l'autre liquide.

Savoir graver des nanostructures de manière simple et économique est un enjeu primordial en microélectronique ou pour de futures applications optiques.

Les imogolites sont des minéraux naturels découverts en 1962 dans des sols volcaniques japonais. [1] Il s'agit d'aluminosilicates hydratés de formule (OH)3Al2O3Si(OH). Leur structure est analogue à celle d'un nanotube de carbone. Il s'agit d'un feuillet de Gibbsite Al(OH)3 refermé sur lui-même formant un cylindre de 2 nm de diamètre.

Par un procédé de microfluidique, une émulsion diphasique de gouttes d'huile dans un mélange eau-éthanol peut être stabilisée avec des nanoparticules de silice (émulsion de "Pickering").

Les organismes vivants produisent des tissus durs (os, dents, coquilles) par des processus contrôlés de minéralisation au contact d’une matrice organique [1].

Les Imogolites (OH)3Al2O3Si(OH) sont des minéraux naturels découvert en 1962 dans des sols  volcaniques japonais. Leur structure est analogue à celle d'un nanotube de carbone. Elles sont formées  d'un feuillet de Gibbsite Al(OH)3 refermé sur lui-même, formant un nanotube de 2 nm de diamètre.

Les molécules amphiphiles présentent une tête hydrophile et une chaîne hydrophobe. Sous certaines conditions, elles peuvent s'auto-organiser sous forme de vésicules sphériques creuses emprisonnant un cœur aqueux dans une bicouche de tensioactif, le diamètre de l'ensemble variant de quelques dizaines de nanomètres à plusieurs microns.

ESRF Highlights 2007 The synthesis of ordered, homogeneous porous grains is an expanding area of materials research. One strategy for their formation is to dry the spray of a complex mixture containing nanoparticles and templating agents [1]. In this process, a continuous flow of micrometric droplets, made from the initial dilute solution, is dried along a hot tube in order to evaporate the solvent. Self-organisation of the constituents takes place during the evaporation.

ESRF Highlights 2007 Langmuir films of long chain amphiphiles at the air-water interface present different phases depending on temperature and surface pressure (the difference between the surface tension of pure water and the actual surface tension in presence of the film = H20– ). Their phase transitions were first identified by isotherm measurements (surface pressure as a function of molecular area for a fixed temperature).

ESRF Highlights 2007 The study of aqueous salt solutions continues to attract various research groups because of their fundamental importance in various physicochemical, biological and atmospheric processes. The air/water interface plays a crucial role in such processes and differs to a large extent when compared to bulk.

Fiche fait marquant au format PDF Dissoudre du sel (NaCl) dans l'eau n'est pas anodin. En solution, le sodium et les chlore se séparent sous forme ionique Na+ et Cl-, s'entourent de molécules d'eau et se dispersent. Ceci modifie profondément la nature du solvant qui devient ainsi, par exemple, bon conducteur.

1DSM/DRECAM/SCM/LIONS, CEA Saclay 2Laboratoire de Physicochimie des Polymère et Interfaces, Université de Cergy Pontoise 3Department of materials and interfaces - The Weizmann institute of Science, Rehovot, Israël A l'interface entre l'air et l'eau, certaines molécules à la structure très particulière comme les acides gras (dont l'extrémité hydrophile est contact de l'eau, l'autre, hydrophobe, au contact de l'air), peuvent former des films flottants mono-moléculaires (une seule molécule d'épaisseur, ou film de Langmuir).