Des chercheurs de l'Université de l'Illinois et de l'Université du Massachusetts, Amherst a fait les premiers pas vers la maîtrise de l'auto-assemblage des matériaux synthétiques de la même manière que la biologie forme les polymères naturels. Cette avancée pourrait s'avérer utile dans la conception de nouvelles technologies bioinspirées, des matériaux intelligents pour des applications allant de l'administration de médicaments à la détection en passant par l'assainissement des contaminants environnementaux.

Protéines, qui sont des polymères naturels, utiliser des blocs de construction d'acides aminés pour relier de longues chaînes moléculaires. L'emplacement précis de ces blocs de construction, appelés monomères, au sein de ces chaînes crée des séquences qui dictent la structure et la fonction d'un polymère. Dans la revue Communication Nature , les chercheurs décrivent comment utiliser le concept de séquençage des monomères pour contrôler la structure et la fonction des polymères en tirant parti d'une propriété présente à la fois dans les polymères naturels et synthétiques - la charge électrostatique.

"Les protéines codent l'information à travers une séquence précise de monomères. Cependant, ce contrôle précis de la séquence est beaucoup plus difficile à contrôler dans les polymères synthétiques, il y a donc eu une limite à la qualité et à la quantité d'informations pouvant être stockées, " dit Charles Sing, professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'Illinois et co-auteur de l'étude. "Au lieu, nous pouvons contrôler le placement des charges le long des chaînes de polymères synthétiques pour piloter les processus d'auto-assemblage."

"Notre étude porte sur une classe de polymères, appelés coacervats, qui se séparent comme l'huile et l'eau et forment une substance semblable à un gel, " a déclaré Sarah Perry, co-auteur de l'étude et Université du Massachusetts, professeur de génie chimique à Amherst, ainsi qu'une ancienne élève de l'Illinois.

Grâce à une série d'expériences et de simulations informatiques, les chercheurs ont découvert que les propriétés des gels chargés résultants peuvent être ajustées en modifiant la séquence de charges le long de la chaîne polymère.

« Les fabricants utilisent couramment des coacervats dans les cosmétiques et les produits alimentaires pour encapsuler des arômes et des additifs, et comme moyen de contrôler la « sensation » du produit, " Sing a dit. " Le défi a été s'ils doivent changer la texture ou l'épaisseur, ils devraient changer le matériau utilisé."

Sing et Perry démontrent qu'ils peuvent réorganiser la structure des chaînes polymères en ajustant leur charge pour concevoir les propriétés souhaitées. "C'est ainsi que la biologie rend la diversité infinie de la vie avec seulement un petit nombre de blocs de construction moléculaires, " a déclaré Perry. " Nous envisageons de boucler la boucle de ce concept de bioinspiration en utilisant des coacervats dans des applications biomédicales et environnementales. "

Les résultats de ces recherches ouvrent un nombre considérable d'opportunités pour élargir la diversité des polymères utilisés et l'échelle des applications, les chercheurs ont dit. "Actuellement, nous travaillons avec des matériaux à l'échelle macro - des choses que nous pouvons voir et toucher, " Sing a déclaré. "Nous espérons étendre ce concept dans le domaine de la nanotechnologie, également."