Parfois, des matériaux révolutionnaires présentant des avantages importants pour la société présentent des risques environnementaux qui ne sont apparents que des décennies plus tard. Dans le domaine en pleine croissance de la nanotechnologie – la création de matériaux ou de processus à l'échelle nanométrique – les chercheurs tentent d'identifier les dangers potentiels avant que de nouveaux produits ne soient largement utilisés.

"Trop souvent dans le passé, nous ne savons pas si quelque chose deviendra un risque jusqu'à ce qu'il soit trop tard et qu'il soit déjà là, " dit Geoffrey Bothun, professeur agrégé de génie chimique à l'Université de Rhode Island. "Plutôt que de créer des produits contenant des nanomatériaux et de les mettre simplement sur le marché, le domaine veut avoir une meilleure idée du type de risques pour l'environnement ou la sécurité associés à ces matériaux. »

La nanotechnologie offre le potentiel de nombreuses nouvelles applications en médecine, électronique, l'énergie et les biomatériaux mais, comme toute nouvelle technologie, cela soulève également des inquiétudes quant à la toxicité possible pour les humains et l'environnement d'une exposition à long terme.

« Il y a beaucoup d'enthousiasme sur ce que la nanotechnologie peut faire pour la création d'emplois, développement de nouveaux produits et de meilleurs matériaux, " dit Bothun. " On pense que c'est la nouvelle révolution industrielle. Mais les scientifiques, les ingénieurs et les décideurs politiques veulent prendre une longueur d'avance et guider la conception des meilleurs matériaux avec le moins d'impact environnemental."

Le scientifique financé par la National Science Foundation (NSF) étudie spécifiquement comment les nanoparticules manufacturées se lient aux membranes cellulaires, et l'impact du processus sur la membrane elle-même.

"Nous ne savons pas assez comment ces interactions physiques se déroulent, et dans quelle mesure ils contribuent à la toxicité, " dit-il. " Les nanoparticules peuvent inhiber ou tuer les cellules. Dans certains cas, c'est ce qu'ils sont censés faire. Par exemple, il y a beaucoup de molécules antimicrobiennes naturelles qui se lient à une membrane, le perturber et casser des trous, menant à la mort cellulaire."

Les nanoparticules existent dans de nombreux produits qui entrent en contact étroit avec l'homme, parmi eux, Vêtements, Médicament, cosmétiques et crème solaire.

"Nanoparticules d'argent, par exemple, portent des tenues de chasse et des vêtements de sport et agissent presque comme un antibiotique, " dit Bothun. " Ils tuent les bactéries qui causent la puanteur en grande partie en libérant des ions d'argent. Nous sommes exposés à cet argent tout le temps, mais si oui ou non c'est dangereux est quelque peu inconnu."

Son objectif de recherche est d'en apprendre suffisamment sur ce qui se passe dans les interactions nanoparticule-membrane pour permettre aux experts d'utiliser cette information pour prédire si les particules se révéleront toxiques. "Si nous comprenons les mécanismes derrière la façon dont ces particules adhèrent aux cellules, cela devrait nous aider à concevoir des particules qui pourraient se lier sélectivement à, par exemple, des bactéries et non des cellules humaines, " il dit.

Bothun mène ses recherches dans le cadre d'un prix NSF Faculty Early Career Development (CAREER), qu'il a reçu en 2011. Le prix soutient les jeunes professeurs qui incarnent le rôle des enseignants-chercheurs par des recherches exceptionnelles, excellente éducation, et l'intégration de l'enseignement et de la recherche dans le contexte de la mission de leur organisation.

Lui et son équipe utilisent la microscopie électronique à transmission (MET) pour étudier les membranes cellulaires bactériennes synthétiques qu'ils créent et exposent ensuite à différents types de nanoparticules. "On peut changer la composition de la membrane, et le type, la composition et la taille des nanoparticules, " dit-il. "Nous avons beaucoup de variables avec lesquelles nous pouvons jouer des deux côtés. Avec la MET, nous pouvons directement imager la liaison membranaire des nanoparticules et les changements qui se produisent dans la membrane à la suite de cette liaison."

Ils ont déjà déterminé que les nanoparticules peuvent se comporter comme des protéines, « ce qui signifie que nous pouvons utiliser certaines de nos connaissances et technologies existantes sur les interactions protéiques pour aider à comprendre et à prédire les interactions des nanoparticules, " dit-il. " Par exemple, il existe des cas où les nanoparticules hydrophobes (qui détestent l'eau) peuvent modifier la structure de la membrane cellulaire de la même manière que les protéines hydrophobes. »

Dans le cadre du volet éducatif de la bourse, les scientifiques ont amélioré un cours d'enseignement général de première année à l'université dans le but d'éduquer les étudiants sur le social, impacts économiques et environnementaux des nanotechnologies, ainsi que la nécessité de communiquer efficacement les technologies émergentes à un large public. Ils prévoient également de parrainer des activités de développement professionnel, y compris la recherche et les ateliers spécialisés, pour compléter le cursus.

Finalement, ils élaborent un nouveau programme d'études secondaires, « Pensez petit/rêvez grand ! » pour les cours de sciences dans les écoles urbaines de la grande région de Providence. Les étudiants travailleront avec le microscope électronique à transmission, analyser les nanomatériaux à l'aide d'instruments de pointe.

"Le but ici est d'informer et d'enthousiasmer les lycéens sur les nanotechnologies, et tous les STEM (science, La technologie, domaines de l'ingénierie et des mathématiques), et leur montrer comment les nanotechnologies auront un impact sur leur vie à l'avenir et le rôle qu'elles peuvent jouer, " dit Bothun.