Inerte, inoxydable – raison pour laquelle il a été utilisé à des fins médicales depuis l'Antiquité –, bon conducteur électrique, intéressant pour ses variations chromatiques et sa capacité à se lier avec des molécules organiques, tels étaient les attributs classiques de l'or. Mais lorsqu’on descend au niveau de ses nano-particules, le métal précieux révèle des aptitudes insoupçonnées jusqu'il y a peu. On a constaté qu'à cette échelle, il affiche un pouvoir catalytique insoupçonné et devient même semi-conducteur.

Dans une masse métallique en or, le passage d'un courant électrique résulte du déplacement des électrons de conduction, libres de se mouvoir dans le métal. Mais si on isole des nano-particules d'or, on constate que les électrons adaptent leurs déplacements aux dimensions finies et aux formes du milieu nanométrique et présentent des propriétés électromagnétiques très intéressantes, ouvrant la voie à de nombreuses applications opto-électroniques.

Des affinités avec le vivant

Si l’or est utilisé en médecine depuis l’Antiquité, c’est qu’il reste inerte et inoxydable au contact de l’organisme. À cela s'ajoute, l'utilisation actuelle de son aptitude à être "biofonctionnalisé", c'est-à-dire à adsorber à sa surface des protéines anticorps ou antigènes. Inoculées dans le corps, les particules d'or se fixent alors sur des sites spécifiques répondant aux protéines spécialisées auxquelles elles sont liées. Des cellules cancéreuses peuvent ainsi être détectées, et même détruites, en réchauffant les particules d’or à l’aide d’un rayonnement infrarouge (voir encadré).

Cette capacité des particules d’or à se fixer sur des matériaux organiques est aussi exploitée pour fabriquer les tests de diagnostic rapides servant à déceler dans les fluides corporels (sang, salive) la présence d’agents toxiques, allergènes ou microbiens. Biofonctionnalisées spécifiquement pour cibler l’agent recherché, les particules d’or vont alors s’accumuler à son contact. Leur couleur rouge permet de révéler leur présence sur une bande de test.

Détecter et éliminer les gaz toxiques

À l’échelle du nanomètre, on a découvert que l’or est également un très bon catalyseur. Si les mécanismes catalytiques ne sont toujours pas parfaitement compris, cette propriété est néanmoins exploitée pour améliorer les capteurs de gaz. Le consortium européen Nanogas a, par exemple, compris qu’en ajoutant des particules d’or à un oxyde d’étain capable de détecter la présence – inodore mais pourtant mortelle – du monoxyde de carbone (CO), on augmente la sensibilité du capteur en accélérant le transfert d’électrons. Le capteur mis en contact avec une molécule de CO gagne un électron, modifiant sa conductivité électrique et transmettant un signal.

Le pouvoir catalytique des nano-particules d’or est aussi exploité pour transformer, et donc filtrer, le monoxyde de carbone ou certains autres gaz toxiques. En présence d’oxygène, l’or est l’unique métal capable d’oxyder le CO à température ambiante pour former du dioxyde CO2, dont la toxicité est mineure. D’autres procédés sont à l’étude pour réduire les oxydes d’azote ou oxyder le méthane. Les industriels espèrent ainsi améliorer la performance des pots catalytiques ou des filtres de masques à gaz. Aujourd’hui, les particules d’or sont déjà utilisées pour fabriquer des filtres anti-odeurs, comme c’est le cas au Japon pour assainir… les toilettes.

Demain, la nanoélectronique

Autre secteur, et pas des moindres, dans lequel le nanomètre est en passe de devenir l’unité de mesure: l’électronique. Pour David Cumming, coordinateur du projet européen MINT, "les circuits intégrés vont atteindre une échelle d’une dizaine de nanomètres et de nouvelles méthodes de fabrication sont étudiées". D’où l’idée d’utiliser des protéines comme l’ADN ou l’ARN, susceptibles de se plier et de s’auto-organiser, pour construire des circuits électroniques à cette échelle. Fabrication de nano-câbles formés de particules d’or reliés par des brins d’ARN ou utilisation de maillages d’ARN pour servir de masques avant métallisation à l’or ne sont que quelques-unes des recherches réalisées. Reste à vérifier les propriétés de conduction électrique de ces matériaux hybrides pour espérer détrôner le silicium.

Si, comme le pense Pierre-François Brevet, responsable de la thématique Méthodes de caractérisation des nano-particules d’or pour le Groupement de recherche Or-Nano (CNRS, FR), les particules d’or sont "inertes et n’initient pas de réactions chimiques dans le milieu biologique - ce qui justifie leur utilisation biomédicale -", celles-ci sont-elles pour autant inoffensives? Pour le chercheur, le risque serait plus lié aux molécules utilisées lors de la biofonctionnalisation, un processus bien surveillé par des réglementations sur l’expérimentation de nouvelles molécules ou médicaments. On manque néanmoins de recul actuellement pour garantir avec certitude l’innocuité de l’accumulation de l’or dans l’organisme.