La croissance rapide des nanotechnologies augmente la probabilité de contact entre les nanomatériaux et les êtres humains et leur environnement. Les nanoparticules (NPs) peuvent interagir avec les protéines, les membranes, les cellules, l'ADN des organites. Il est donc important d'établir une meilleure compréhension de l’interface entre les nanoparticules et les composantes biologiques. Ces interfaces nanoparticules / composantes biologiques dépendent des forces colloïdales ainsi que de nombreuses interactions biophysicochimiques dynamiques. Ces interactions conduisent à la formation de couronnes de protéines qui enveloppent les particules, entraînant ainsi des modifications des phénomènes d'absorption intracellulaire et des procédés biocatalytiques. Ces modifications peuvent avoir des effets biologiques indésirables ou modifier la biocompatibilité. Pour leur part, les biomolécules peuvent induire des transformations de phase, la restructuration et la dissolution de la surface des nanomatériaux. Sonder et analyser ces différentes interfaces et leur dynamique permet le développement de relations prédictives entre la structure et l'activité des NPs. Ces relations sont déterminées par les propriétés des nanomatériaux telles que la taille, la forme, la chimie de surface, la rugosité et les revêtements présents sur leur surface. Il est très important d’établir de façon fiable cette connaissance car elle doit permettre une utilisation plus sûre des nanomatériaux.
C’est dans ce cadre, aux interfaces entre les nanomatériaux et les systèmes biologiques, que les mondes bio-organiques et synthétiques se fondent dans une nouvelle science, qui étudie non seulement les paramètres permettant une utilisation sécurisée des nanotechnologies mais aussi la conception de nanomatériaux sur mesure pour des applications biologiques. L'interface « nano-bio » comprend les interactions physico-chimiques dynamiques, la cinétique et la thermodynamique des échanges de matière entre les surfaces de nanomatériaux et les surfaces des composants biologiques (protéines, membranes, phospholipides, vésicules d'endocytose, d’autres organelles, l'ADN et les l’ensemble des fluides biologiques). Pour permettre à ce domaine d'évoluer, nous devons comprendre les forces dynamiques et les composants moléculaires qui façonnent ces interactions. Il est aujourd’hui encore impossible de décrire avec certitude toutes les interactions biophysicochimiques mises en jeu à l'interface « nano-bio ». Cependant l’unification des connaissances partielles générées par les différentes disciplines doivent nous fournir un cadre conceptuel permettant de guider cette exploration. Dans ce cadre nous explorons ces interfaces du point de vue des forces élémentaires qui régissent la chimie colloïdale et les adaptations qui se produisent au niveau des interfaces biologiques. Après la mise en suspension de nanoparticules dans un tissu ou dans un milieu biologique, et après interaction avec des cellules (surfaces des membranes des compartiments endosomiques, des organelles et du cytoplasme), nous analysons les interfaces nanoparticules-biocomposantes et discutons des méthodes qui permettent de sonder l'interface « nano-bio ». Déterminer les interactions des processus tels que la formation de la couronne de protéines, le contact cellulaire, l'emballage des particules à la surface des cellules, l'endocytose et la biocatalyse intracellulaire, et sonder ces différentes interfaces exigent des idées et des techniques d'imagerie nouvelles. Mieux comprendre ces mécanismes doit nous permettre de prendre des décisions plus éclairées sur les modes de conception des nano-objets.
