La nanotechnologie est l’application de la science et de l’ingénierie à l’échelle de l’atome. Elle facilite la construction de nouveaux matériaux et dispositifs en manipulant de façon individuelle des atomes et des molécules, les matériaux de construction de la nature. La nanotechnologie permet la conception et la fabrication atome par atome de minuscules structures, lesquelles mesurent généralement entre 1 et 100 nanomètres, qui possèdent de nouvelles propriétés et des applications considérables dans les domaines de la médecine, la biotechnologie, l’énergie et l’environnement ainsi que l’informatique et les télécommunications.

Elle est le prolongement des découvertes et des applications de la mécanique quantique, laquelle a mené, au siècle dernier, à la compréhension détaillée de la matière à l’échelle de l’atome et à des innovations telles que les transistors, les lasers et la biologie moléculaire. Malgré les connaissances sur les atomes et les molécules acquises à partir de la théorie quantique, des techniques comme la microscopie-sonde à balayage n’ont été développées qu’au cours des 15 à 20 dernières années. Elles permettent l’imagerie directe et la manipulation délibérée de façon individuelle d’atomes et de molécules; ces techniques et leurs applications ont mené aux nombreuses découvertes récentes en science et ingénierie à l’échelle nanométrique.

Parmi les exemples de nanotechnologie, on compte : des matériaux sophistiqués comportant des surfaces nano-structurées qui permettent la catalyse efficace dans les piles à combustible; des dispositifs moléculaires pouvant diagnostiquer des maladies et administrer de la pharmacothérapie ciblée; ainsi que le développement de procédés synthétiques inspirés de systèmes naturels et biologiques en vue de construire des dispositifs moléculaires à des fins spécifiques. La panoplie d’inventions rendues possibles par la nanotechnologie peut permettre des développements révolutionnaires en médecine, ainsi que dans les domaines des matériaux, des produits pharmaceutiques et de l’électronique. L’impact économique et social de la nanotechnologie peut être profond : les découvertes en nanotechnologie et leurs applications pourraient mener à une nouvelle révolution industrielle au cours du siècle à venir ainsi qu’à des marchés commerciaux représentant jusqu’à 1,5 billion de dollars par année d’ici 10 à 15 ans.

La nanotechnologie en est encore à ses balbutiements; les découvertes qui restent à faire sont considérables. La construction de nouveaux dispositifs utiles à partir de quelques atomes ou molécules représente un défi technique de taille et occupe plusieurs scientifiques et ingénieurs émérites dans les meilleurs laboratoires du monde. Plusieurs principes de fonctionnement et d’organisation de la matière à l’échelle nanométrique – les règles de conception – restent encore à établir. Il reste encore un défi de taille, qui consiste à déterminer comment assembler différents types de particules et de dispositifs de la taille d’un nanomètre, comme des biomolécules, des moteurs à l’échelle nanométrique et des éléments de nanoélectronique, afin de former des systèmes plus complexes et de permettre de nouvelles découvertes utiles. Un autre défi consiste à mettre ces minuscules systèmes en contact avec le monde extérieur afin qu’ils puissent être contrôlés et surveillés en plus de fournir des informations utiles. Les activités de recherche de l’Institut national de nanotechnologie se concentrent principalement sur ces défis; ils sont également décrits dans le plan de recherche de l’INNT.