Les applications des matériaux hybrides : Du film multifonctionnel aux vecteurs thérapeutiques intelligents

Les matériaux hybrides à caractère inorganique-organique ou biologique ne représentent pas seulement un nouveau champ de recherche fondamentale dans lequel la créativité du chimiste peut s’exprimer pleinement pour élaborer de nouveaux matériaux, mais ils permettent aussi, grâce à leurs propriétés nouvelles et remarquables associées à leur multifonctionnalité, l’émergence d’applications industrielles innovantes dans des domaines extrêmement variés.

En terme d’applications, certains hybrides ou nanocomposites organo-minéraux sont au niveau du développement de prototypes tandis que d’autres sont déjà commercialisés. Leur nombre ne cesse de croître et les quelques exemples illustrant ce cours ne représentent qu’une petite partie du domaine. Les matériaux hybrides sont déjà très utilisés dans l’élaboration de revêtements fonctionnels anticorrosion, antisalissures, antirayures, antireflets, autonettoyants, ou pour la décoration... Les hybrides inondent les domaines de la micro-optique, de la micro-électronique ainsi que celui de la photonique. Leur utilisation comme couches diélectriques, isolants, et formateurs de nanostructures a largement débuté. Circuits imprimés, microlentilles, guides d’onde, cristaux photoniques, miroirs pour cavité laser, ne sont que quelques exemples de leur utilisation. Dans le domaine de l’automobile, des nanocomposites hybrides sont incorporés dans les pneus verts, dans les systèmes de protection, les renforts et les structures allégées. Ils permettent d’optimiser les performances énergétiques des véhicules et donc de diminuer leur consommation. Les matériaux hybrides ont également pénétré les domaines du textile, de l’emballage, de la construction et de l’isolation thermique et phonique. Certains hybrides sont en émergence dans le domaine de l’énergie sous la forme de piles flexibles, de cellules photovoltaïques hybrides, et de membranes pour piles à combustibles. Les sciences environnementales bénéficient de la mise au point de matériaux hybrides dans des domaines comme ceux concernant les capteurs et biocapteurs, la catalyse et la biocatalyse, la séparation, et les membranes sélectives. Dans le domaine des applications médicales et de la cosmétique, les hybrides sont développés dans les implants et ciments dentaires, les soins et la protection du cheveu et de la peau, les prothèses, l’imagerie et les vecteurs thérapeutiques. En effet, un domaine intéressant scientifiquement et très important du point de vue sociétal est celui des nano-sondes et des nano-vecteurs pour les applications biomédicales. En particulier, les vecteurs hybrides intelligents sont très prometteurs dans les domaines de l’imagerie magnétique ou optique, des soins et du traitement local des tumeurs.

La recherche actuelle se mobilise fortement sur la construction de vecteurs thérapeutiques hybrides, furtifs, possédant des fonctions de ciblage et de pénétration pour augmenter leur sélectivité. Certains vecteurs sont utilisés pour l’imagerie IRM ou optique via la présence de sondes magnétiques ou luminescentes, d’autres permettent de détruire des cellules malignes via l’activation de rayonnements (RX, laser, etc.) ou par hyperthermie magnétique ou plasmonique. Ces vecteurs hybrides doivent être également capables de permettre un ciblage optimisé et le relargage contrôlé de principes actifs, comme un médicament permettant la destruction chimique de la cellule cancéreuse. Aujourd’hui, en recherche amont, de nombreuses études concernent les possibilités offertes par les nano-cargos poreux hybrides et fonctionnalisés qui doivent permettre de coupler ciblage, furtivité, imagerie,radiothérapie ciblée, traitements thermiques et chimiques et relargage contrôlé. Dans le futur, un seul vecteur intelligent présentera ce large ensemble de fonctionnalités.

Ce cours démontre que sur le plan industriel et technologique, de nombreux domaines d’applications tirent bénéfice de la richesse de fonctionnalités, de compositions et de mises en forme des matériaux hybrides mais les nombreuses applications commerciales aujourd’hui recensées ne représentent qu’une infime partie de « la face émergée de l’iceberg » !

Applications des hybrides et nanocomposites organo-minéraux