Stuart Lindsay, Arizona State University Regents' professeur et directeur du Biodesign Institute's Center for Single Molecule Biophysics, vient de publier le premier guide complet d'un monde minuscule un million de fois plus petit qu'un seul grain de sable. Introduction aux nanosciences (publié par Oxford University Press) offre aux lecteurs un aperçu d'une discipline émergente qui a, ces dernières années, produit des réalisations remarquables dans des domaines aussi variés que le séquençage de l'ADN, machinerie moléculaire, nanocristaux et microscopie.

n discuter de l'impulsion du livre, Lindsay note que ses recherches approfondies ont toujours été associées à une passion pour l'enseignement des concepts biophysiques à des étudiants talentueux. Introduction to Nanoscience offre également aux chercheurs du monde entier une première du genre, traitement global des nanosciences. Le livre intègre plusieurs disciplines et couvre les phénomènes quantiques de base, outils du métier, et les applications à l'échelle nanométrique. Au cours de cet aperçu, Lindsay revient encore et encore sur le thème du comportement émergent - comment des fluctuations infimes au niveau nanométrique peuvent entraîner l'apparition de frappes, phénomènes nouveaux souvent inattendus.

Le livre est une excroissance des conférences du professeur Lindsay en nanosciences, affiné au fil des années, avec la précieuse contribution de ses élèves. Oxford University Press a pris connaissance du cours et, croyant que cela ferait une bonne ressource, a demandé à Lindsay d'assembler le matériel dans un livre.

"Ce qui est si frappant, " Lindsay insiste, « est-ce que les événements qui se produisent à l'échelle nanométrique ont des implications pour la chimie, la biologie, la physique, la science des matériaux, ingénierie, vous l'appelez." Néanmoins, le nanorealm manquait d'un manuel qui pourrait rassembler les éléments disparates du domaine. "C'est assez remarquable que les connaissances n'étaient pas là de manière rassemblée. J'ai mis en place un cours très complet, en commençant par la physique et en terminant par la biologie, " il dit.

Compte tenu du rythme effréné des progrès scientifiques, notamment en nanosciences, Lindsay a fait face à un défi de taille. "Je savais que certains problèmes actuels dans le domaine deviendraient obsolètes au moment où mes doigts quitteraient le clavier." Dans l'espoir de produire une œuvre qui puisse rester d'actualité, Lindsay a choisi d'inclure une multitude de principes fondamentaux qui seraient largement applicables, quelles que soient les nouvelles conditions que les élèves sont susceptibles de rencontrer à l'avenir.

Le livre est divisé en trois parties. La partie I (Les bases) est une introduction autonome à la mécanique quantique, mécanique statistique et cinétique chimique, ne nécessitant que des calculs universitaires de base. La partie II (Les outils) couvre la microscopie, manipulation et mesure d'une seule molécule, nanofabrication et auto-assemblage. La partie III (Applications) couvre les électrons dans les nanostructures, électronique moléculaire, nano-matériaux et nanobiologie. "Si vous vous promenez dans le laboratoire, " Lindsay dit, « vous verrez des copies écornées de la version Xeroxed du livre sur les bureaux des étudiants – c'est vraiment un recueil de tout ce que je pense qu'ils doivent savoir en nanosciences ».

La vie dans le nanomonde peut être déconcertante pour les non-initiés, si distincts sont ses fonctionnements par rapport aux conditions de l'expérience quotidienne. Un nanomètre vaut environ 10, 000 fois plus petit que le diamètre d'un cheveu humain. Les fluctuations aléatoires dominent la scène et, comme le souligne Lindsay, fournir une matière première vitale sur laquelle opèrent les processus sélectifs darwiniens. "Plus j'étudie les composantes de la biologie, plus je dirais que les fluctuations ne sont pas seulement une nuisance à vivre, elles sont en fait l'histoire de la biologie. »

Ce leitmotiv traverse tout le livre, unissant de nombreux domaines distincts de la nanoscience. Une illustration saisissante de ce thème central se produit vers la fin du texte, où Lindsay passe en revue d'importantes recherches sur le développement neuronal chez la mouche des fruits. Les fluctuations aléatoires de l'expression des gènes et de l'épissage servent à mélanger le paquet génétique pour produire un nombre énorme de variantes de protéines à extrémités collantes, qui sont essentiels pour un bon assemblage neuronal. Lorsque le nombre de ces variantes d'épissage dans un gène particulier a été réduit d'environ 30, 000 à 20, 000, les créatures étaient incapables de former un cerveau approprié. "L'évolution d'un réseau neuronal dans un cerveau implique l'interaction entre un jet de dés darwinien incroyablement diversifié et aléatoirement composé de connexions neuronales et un environnement agissant sélectivement sur les résultats, " dit Lindsay.

L'introduction aux nanosciences est une contribution vitale à l'un des domaines les plus dynamiques, visant à inspirer un nouveau type de jeune chercheur, imprégné d'une culture scientifique multidisciplinaire. "Ce groupe de jeunes talentueux formés différemment et diversifiés va non seulement produire des percées scientifiques à part entière, " Lindsay dit, "Ce sont aussi les gens qui vont lancer la prochaine génération d'entreprises qui génèrent de la richesse et stimulent l'économie nationale et ils vont créer de nouvelles choses avec leur cerveau parce qu'ils ont appris de nouvelles façons de penser."