Nano-Tera.ch : pour un transfert progressif de l’innovation en nanotechnologies vers l’industrie Nano-Tera.ch est un programme national de financement de la recherche en ingénierie de systèmes complexes intégrant des micro- et nanotechnologies en vue d’applications dans les domaines de la santé, la sécurité, l’environnement et l’énergie.
Le programme Nano-Tera.ch est financé par le Secrétariat d'Etat à l'Education et à la Recherche, en collaboration avec le Conseil des EPF et la Conférence Universitaire Suisse (CUS). Le Fonds National Suisse de la Recherche Scientifique est quant à lui en charge de l’évaluation scientifique des projets de recherche financés, par l’intermédiaire d’un panel d’experts internationaux. Depuis 2009 Nano-Tera.ch finance plus de 60 projets, pour un budget total de 120 millions de CHF sur quatre ans. Les principaux projets sont typiquement réalisés par des consortiums de 3 à 9 partenaires issus de diverses institutions de recherche suisses (écoles polytechniques, universités et autres centres de recherche) et de l’industrie. Ces partenaires forment ainsi un réseau de 31 institutions suisses impliquant un total de plus de 600 chercheurs. Au niveau scientifique, la recherche financée a généré environ 300 publications et plus de 500 présentations lors de conférences et workshops, ainsi que plusieurs présentations dans les médias. Les évaluations menées par le panel d’experts du SNF, ainsi que par le comité scientifique de Nano-Tera.ch ont unanimement souligné l’excellence scientifique de la recherche menée et des chercheurs impliqués, ainsi que la forte contribution du programme NanoTera.ch au développement en Suisse des sciences de l’ingénieur dans le domaine des nano-technologies. Au niveau international, Nano-Tera.ch a contribué à l’organisation de conférences, cours et séminaires, mais a également lancé en 2011 une initiative stratégique visant à encourager les collaborations avec la Chine dans les domaines couverts par le programme. Cette initiative a pris la forme d’un appel à propositions pour des collaborations sino-suisses, et a mené à la sélection de six projets de recherche conjoints. Du point de vue industriel, la plupart des grands projets de recherche de Nano-Tera.ch sont également soutenus par le secteur privé. Actuellement, 27 partenaires industriels apportent une contribution totale de 6.3 millions de CHF. Par ailleurs, 8 demandes de brevets ont déjà été déposées pour des résultats générés dans le cadre de projets NanoTera.ch. Le programme arrive maintenant à la fin de sa première phase (2008-2012) et prépare la seconde (2013-2016). En plus des thématiques liées à la santé, la sécurité et l’environnement, Nano-Tera.ch va également se concentrer sur la gestion de l’énergie, un domaine étroitement lié aux problèmes environnementaux. Pour plus d’informations sur le programme Nano-Tera.ch et ses activités, consultez le site web du programme à l’adresse : www.nano-tera.ch. Contact:
Patrick Mayor, coordinateur scientifique +41 21 693 55 39 info@nano-tera.ch
Dossier de presse
Des projets futuristes hautement technologiques 1. Projets Nano-Tera : Présentation des résultats Depuis 2008, le programme de financement suisse Nano-Tera soutient 68 projets de recherche futuristes et complexes menés dans le domaine des nanotechnologies. Le 26 avril dernier, les résultats obtenus ont été présentés par les scientifiques, à l’occasion de la réunion annuelle de Nano-Tera, à Zurich. Au programme : tissus et prothèses intelligents, système de détection de cocaïne dans la salive, système digestif artificiel sur puce ou encore détecteurs de pollution à l’aide de cellules vivantes. Autant de projets permettant de perfectionner les systèmes de monitoring dans les domaines de l’environnement, la médecine et la sécurité. L’impact des nanotechnologies sur notre quotidien En ce début de 21e siècle, les nanotechnologies ou technologies situées à l’échelle du millionième de millimètre sont utilisées au quotidien, qu’il s’agisse de développer des dispositifs électroniques (téléphones portables), des outils administratifs (passeports biométriques) ou des nouveaux traitements médicaux. En privilégiant les nanotechnologies, le programme Nano-Tera soutient des recherches visant à avoir un impact réel sur le quotidien des citoyens, à travers des applications centrées sur l’humain. Afin d’obtenir les meilleures performances possibles, Nano-Tera préconise une approche multidisciplinaire de la recherche. Une philosophie qui permet de fédérer les meilleurs spécialistes de différentes branches et d’horizons divers, pour un maximum de résultats. Le programme Nano-Tera réunit ainsi pas moins de 30 institutions, parmi lesquelles l’EPFL, L’EPFZ, le CSEM, le CHUV et IBM Zurich. La mise en commun des savoirs permet aux chercheurs de réaliser des dispositifs miniaturisés répondant de manière efficace aux besoins des citoyens. La part donnée aux aspects appliqués de la recherche, ainsi qu’à la dimension multidisciplinaire et collaborative donne par ailleurs au programme Nano-Tera une position particulière au sein des différents instruments de financement de la recherche suisse, dans le domaine des nanotechnologies.
www.nano-tera.ch
2. Quelques projets et leurs applications
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La plateforme NutriChip ou système digestif artificiel miniature sur puce permet d’observer in vitro les effets des aliments sur le corps humain, une fois digérés. Une technologie soutenue par le géant de l’alimentaire Nestlé, intéressé à tester objectivement l’impact de ses produits laitiers sur la santé.
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TecInTex est un projet de recherche visant à créer des tissus intelligents. Dotés de capteurs miniatures, des vêtements souples et lavables vérifient l’oxygénation des tissus dans le muscle. Il s’agit notamment d’élaborer des sous-vêtements capables de prévenir les escarres chez les personnes paraplégiques ou alitées.
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La plateforme IrSens, munie de dispositifs optiques de pointe, permet de déceler la cocaïne dans un échantillon de salive, mais aussi les ulcères gastriques dans l’haleine. Un système au grand potentiel également pour la lutte anti-dopage, ainsi que pour l’analyse du niveau de pollution dans l’air.
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LiveSense prend la forme d’un petit dispositif autonome composé de cellules vivantes, qui jouent le rôle de biocapteurs. Il suffit d’appeler via un téléphone portable la plateforme située au bord d’une rivière, pour qu’elle signale par sms la présence de produits polluants dans un point d’eau donné.
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Nexray vise enfin à miniaturiser la source des rayons x. Résultat : une amélioration drastique de la résolution des radiographies, la diminution des radiations et la possibilité de réduire la taille des installations médicales. Les médecins pourraient alors effectuer des mammographies à domicile dans les régions défavorisées et éloignées des centres de soins.
Pour plus d’information : Martin Rajman, directeur exécutif du programme Nano-Tera tel :021 693 55 39/021 693 81 62 email : martin.rajman@epfl.ch
3. Plus de détail sur quelques projets
IR-Sense Détecter la cocaïne dans un simple échantillon salive « Souffler dans le ballon » ne suffira bientôt plus pour s’en tirer à bon compte lors d’un contrôle de police. Les chercheurs du projet nano-tera IrSens sont en train de développer un système portable d’analyse des molécules dans les liquides et les gaz, utilisable pour détecter la cocaïne dans la salive. En pratique, il suffira aux policiers d’insérer un simple échantillon dans une plateforme de la taille d’une mallette, puis d’attendre le résultat. Une technologie qui pourrait également permettre de repérer les ulcères d’estomac, mais cette fois, dans l’haleine. Pour réaliser leur plateforme, les chercheurs ont utilisé des techniques d’« absorption optique » dans l’infrarouge moyen et le proche-infrarouge, qu’ils ont appliquées pour l’analyse de liquide et pour celle des gaz. Dans le cas de la cocaïne, il s’agit de sonder un liquide (la salive) à l’aide d’un laser, puis de détecter avec précision la molécule recherchée. Les molécules ne réagissent en effet pas toutes de la même façon, lorsqu’on les soumet à la lumière. Selon la fréquence du laser, certaines d’entre elles émettent des vibrations, donnant ainsi des indications sur leur nature et leur masse. « La salive est un liquide difficile à analyser. Elle contient beaucoup de molécules différentes et sa valeur pH, sa viscosité et sa composition changent constamment selon la nourriture ingérée, ou même l’état d’esprit », explique le scientifique Yargo Bonetti. Pour l’analyse des gaz, cette technique a été testée avec succès pour la détection dans une simple expiration de la bactérie Helicobacterpylori, à l’origine des ulcères d’estomac. La plateforme des chercheurs pourrait ainsi permettre un meilleur traitement de cette maladie. Les scientifiques imaginent par la suite utiliser leur plateforme pour d’autres applications, comme la prise de mesures environnementales, notamment.
Investigateur principal : Jérôme Faist, EPFZ Autres partenaires : EPFL UniNE EMPA FHNW
LiveSense Un sms pour connaître la toxicité d’un lac Paracétamol, phosphore, azote, insecticides ou solvants industriels…autant de substances nocives pour l’être humain qui se trouvent parfois en quantité abondante dans les cours d’eaux et les lacs. Comment savoir dès lors dans quel état se trouve une rivière avant de s’y baigner ? La réponse se trouve dans le projet Nano-Tera LiveSense, une plateforme transportable abritant des cellules vivantes, qui signalent la présence de substances toxiques dans l’eau de manière extrêmement rapide. Un diagnostic qui peut être envoyé par smsà toute personne composant le numéro de la machine. « A l’époque, les mineurs emportaient avec eu un canari en cage pour connaître la qualité de l’air dans la mine, évoque Philippe Renaud, professeur à l’EPFL et coordinateur du projet. Lorsque l’oiseau cessait de chanter ou suffoquait, il était temps de remonter. Notre système est une sorte de canari, mais focalisé sur l’eau ». Contrairement aux centrales de contrôle traditionnelles, qui requièrent une lourde infrastructure, le système miniature permet d’effectuer des mesures continues et à de multiples endroits.« Actuellement, on ne s’aperçoit de la pollution d’une rivière que plusieurs jours après la contamination, lorsque les poissons commencent à mourir, ou lorsque l’eau change de couleur. Le projet LiveSense permettra d’intervenir bien avant l’apparition de ces signaux externes. C’est un dispositif d’ « early warning ». L’utilisation de cellules comme biocapteurs permet la miniaturisation. Mais le fait d’utiliser des organismes vivants posent des problèmes de maintenance. Comme les conditions d’incubation des cellules sont très stricts, les chercheurs ont doté leur plateforme autonome d’un bioréacteur, dans lequel les cellules vivantes sont perfusées en permanence par des nutriments, et maintenues à une température constante. Une fois stabilisées, elles sont mises en contact continuel avec de l’eau pompée dans un point d’eau donné. Si un produit toxique contenu dans l’eau vient changer la stabilité des cellules, c’est-à-dire les « stresser », la machine se met immédiatement en état d’alerte et indique le danger via sms. « Nous mesurons le bonheur ou le malheur de ces minuscules organismes », évoque le professeur. Investigateur principal : Philippe Renaud, EPFL Autres partenaires : HES-SO CSEM IST
UNIL ETHZ
NutriChip Un intestin artificiel pour analyser la qualité des aliments Que se passe-t-il dans notre corps, une fois que l’on a ingéré des aliments ? Pour répondre à cette question, les chercheurs ont développé NutriChip : un intestin miniature sur puce, pour observer in vitro les effets des aliments sur la santé. Les premiers essais ont été menés sur les produits laitiers. « Quand un aliment arrive dans l’intestin, il apporte avec lui des molécules pro-inflammatoires dans notre organisme», explique le scientifique Guy Vergères d’ALP. Ces molécules provoquent une réponse du système immunitaire, qui s’exprime par une inflammation légère et temporaire, et par l’apparition de biomarqueurs- les cytokines notamment- dans le sang. Un phénomène normal, mais qui doit être surveillé. «Si de telles conditions se répètent d’une manière cumulative sur une longue durée, cela pourrait contribuer à la mise en place de maladies inflammatoires chroniques. » La plateforme NutriChip permet de comparer la capacité de différentes nourritures à diminuer la concentration de ces biomarqueurs, et donc, éventuellement, à réduire les inflammations. Comme point de départ, les scientifiques se sont concentrés sur le lait. « Certaines études ont montré que la consommation de produits laitiers peut réduire la concentration de ces marqueurs de l’inflammation dans le sang, d’autres n’ont pas mesuré de réduction significative. Grâce à NutriChip, nous pourrons alimenter le débat avec de nouvelles données scientifiques», avance Martin Gijs, de l’EPFL. Nutrichip se compose d’une puce de deux étages, communiquant à travers une membrane poreuse. L’étage du dessus, qui représente la paroi de l’intestin, est composé d’une culture de cellules épithéliales, qui forment une couche homogène de cellules. L’étage inférieur représente quant à lui la circulation sanguine et se compose de cellules immunitaires, de macrophages en particulier. Lorsqu’ils sont confrontés à des agents potentiellement nocifs, les macrophages s’activent et produisent des molécules-dont les cytokines, pour activer les autres cellules du système immunitaire. Munie de capteurs optiques haute-résolution (technologie CMOS), NutriChip, lorsqu’on lui soumet un aliment, repère très précisément la production de cytokines par les cellules immunitaires, situées de l’autre côté de la couche cellulaire intestinale. Ce qui donne une indication précise de l’état inflammatoire provoqué. A noter que des tests sont en cours sur des êtres humains à l’hôpital universitaire de Berne, afin de vérifier si les résultats de Nutrichip correspondent à ce qui se passe en réalité. Investigateur principal : Martin Gijs, EPFL Autres partenaires : EPFZ UniBas
ALP
X-Sense Une alarme anti-glissement de terrain dans les Alpes Construire une maison en montagne, qui s’écroulera 10 ans plus tard à cause des glissements de terrains : c’est la situation que le projet X-Sense vise à éviter. Les scientifiques ont développé un dispositif pour récolter des données de manière continue en montagne et une méthode d’analyse, afin de prévoir de tels évènements. De multiples mesures sont actuellement effectuées dans un system prototype dans la vallée de Zermatt (VS). En raison du réchauffement climatique et de la fonte progressive des glaciers, les pentes rocailleuses deviennent très instables en montagne, au point de mettre la vie des promeneurs et des habitants en danger. Les mouvements de terrains et les chutes rocailleuses sont toutefois très peu compris des scientifiques, et donc peu prévisibles. La plateforme X-Sense vise à combler ces lacunes. Munie d’un GPS et de multiples capteurs de haute précision et de haute technologie, elle est capable de mesurer très précisément et de manière continue les mouvements de terrains, et cela dans des conditions extrêmes. Les données récoltées sont envoyées à une station de base à l’aide de dispositifs wireless, puis à une station hôte. Le but étant de les interpréter en les combinant entre elles, mais également en les mettant en lien avec des images prises par satellite et par HR imaging. « La récolte continue des données effectuée par la plateforme X-Sense permettra de comprendre beaucoup de paramètres, comme par exemple l’influence de la fonte des neiges sur les mouvements de terrain», indique le scientifique Jan Beutel. « Ce projet est très actuel. Dans quelques endroits dans les vallées des Alpes le terrain bouge plusieurs mètres par an », conclut-il. Principal investigateur : Lothar Thiele, EPFZ Autres partenaires : UZH FOEN GAMMA