Des chercheurs de l'Université McGill ont imprimé chimiquement des particules de polymère avec des brins d'ADN - une technique qui pourrait conduire à de nouveaux matériaux pour des applications allant de la biomédecine au domaine prometteur de la « robotique douce ».

Dans une étude publiée dans Chimie de la nature , les chercheurs décrivent une méthode pour créer des particules de polymère asymétriques qui se lient d'une manière définie dans l'espace, la façon dont les atomes se réunissent pour former des molécules.

Bien que les polymères soient utilisés dans tout, des vêtements et des emballages alimentaires à l'impression 3D et à l'électronique, la plupart des structures polymères auto-assemblées ont été limitées à des formes symétriques telles que des formes sphériques ou cylindriques. Récemment, cependant, les scientifiques se sont concentrés sur la création de structures polymères non symétriques, par exemple des particules de « Janus » avec deux « faces » différentes, et ils commencent à découvrir de nouvelles applications passionnantes pour ces matériaux. Un exemple :la robotique faite de soft, structures flexibles qui peuvent changer de forme en réponse à des stimuli externes.

La méthode décrite dans le Chimie de la nature papier " introduit un niveau d'organisation programmable qui est actuellement difficile à atteindre en chimie des polymères, " dit Hanadi Sleiman, professeur de chimie à McGill, auteur principal de l'étude. "Copier chimiquement les informations contenues dans les nanostructures d'ADN offre une solution puissante au problème de la taille, contrôle de la forme et de la direction pour les matériaux polymères."

Utiliser des cages à ADN comme moules

La nouvelle étude s'appuie sur une technique développée en 2013 par le groupe de recherche de Sleiman pour fabriquer des « cages » à l'échelle nanométrique à partir de brins d'ADN, et les bourrer de chaînes polymères de type lipide qui se replient en une particule en forme de boule pouvant contenir une cargaison telle que des molécules médicamenteuses.

Pour aller plus loin dans cet exploit de nano-ingénierie, Sleiman et son doctorant Tuan Trinh ont fait équipe avec des collègues de l'Université du Vermont et de la Texas A&M University au Qatar. Ensemble, les chercheurs ont développé une méthode pour imprimer sur la boule de polymère des brins d'ADN disposés dans des orientations prédéfinies. Les cages peuvent alors être défaites, laissant derrière eux des particules polymères imprimées d'ADN capables de s'auto-assembler - tout comme l'ADN, lui-même - dans des modèles préconçus. Parce que les cages d'ADN sont utilisées comme « moule » pour construire la particule de polymère, la taille des particules et le nombre d'unités moléculaires dans le polymère peuvent être contrôlés avec précision, dit Sleiman, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en nanosciences de l'ADN.

Les structures polymères asymétriques pourraient éventuellement être utilisées dans une gamme d'applications, disent les chercheurs. Un exemple potentiel :les particules de polymère multi-compartiments, avec chaque compartiment encapsulant un médicament différent qui pourrait être délivré en utilisant différents stimuli à différents moments. Autre possibilité :des membranes poreuses asymétriques, ils dirigent donc les molécules le long de chemins spécifiques pour ensuite se séparer.