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    Les scientifiques créent des nanomatériaux qui se reconfigurent en réponse à des signaux biochimiques

    La formation de nanofils électroniques est programmée chimiquement par incorporation d'acides aminés dans des molécules d'auto-assemblage. Crédit :Conception par Ella Maru Studio.

    Les cellules biologiques ont la capacité complexe et miraculeuse de reconfigurer et de changer la façon dont elles communiquent entre elles au fil du temps, leur permettant de diriger avec agilité les fonctions critiques du corps humain, de la réflexion à la marche en passant par la lutte contre la maladie. Un défi majeur dans la science des matériaux est le développement de nanomatériaux capables de reproduire des aspects de ces fonctions cellulaires et de s'intégrer aux systèmes vivants. Dans un article publié aujourd'hui dans Chimie de la nature , une équipe de chercheurs dirigée par des scientifiques de l'Advanced Science Research Center (ASRC) du Graduate Center de l'Université de la ville de New York détaille comment ils ont créé des matériaux synthétiques capables d'imiter certains comportements normalement associés à la matière vivante.

    "La capacité de s'auto-assembler, reconfigurer et désassembler en réponse à des signaux chimiques est un trait commun aux matériaux biologiques, mais pas dans ceux créés par l'homme", a déclaré Mohit Kumar, l'auteur principal de l'article et un scientifique du groupe de recherche de Rein Ulijn à la Nanoscience Initiative de l'ASRC et au Hunter College. « Si vous voulez intégrer des matériaux synthétiques à la biologie, une interface transparente est souhaitable, qui nécessite des matériaux qui partagent certaines des propriétés de la matière vivante. Notre approche ouvrira, espérons-le, la porte à des matériaux fabriqués par l'homme qui peuvent interagir avec les systèmes vivants et les réparer."

    Développer des nanomatériaux qui se reconfigurent en réponse à des signaux chimiques, les chercheurs ont commencé avec la molécule de base naphtalènediimide (NDI), qui est un semi-conducteur organique. La molécule a été modifiée sélectivement des deux côtés en l'exposant à des signaux biochimiques sous forme d'acides aminés simples qui ont été ajoutés au système. Une enzyme a été utilisée pour incorporer les acides aminés sur la molécule centrale, déclenchant des voies d'auto-assemblage et de désassemblage. Ce processus a permis la formation et la dégradation de nanomatériaux avec des caractéristiques filiformes capables de conduire des signaux électriques.

    En utilisant différents acides aminés, les chercheurs ont pu orienter le développement de nanomatériaux aux propriétés différentes, y compris une nanostructure programmable avec la possibilité d'activer et de désactiver la conduction électrique grâce à l'utilisation d'un auto-assemblage et d'un désassemblage dépendant du temps.

    "Comme les neurones du cerveau, ces matériaux présentent une remarquable capacité à remodeler leurs connexions électriques, " dit Allon Hochbaum, co-auteur de l'article et scientifique des matériaux à la Samueli School of Engineering, Université de Californie, Irvine (UCI). "L'assemblage de ces molécules est codé dans leur chimie dynamique, donc en changeant simplement les intrants chimiques, on peut observer des nanomatériaux isolants, nanomatériaux conducteurs, ou des nanomatériaux qui basculent dynamiquement entre les états conducteurs et non conducteurs. Le fait que leur assemblage et leur conductivité évoluent dans l'eau rend ces matériaux d'autant plus intéressants pour les applications de bio-interfaçage. »

    Le financement de la recherche a été fourni par l'Air Force Office for Scientific Research et l'Army Research Office. Les chercheurs de l'UCI ont développé les dispositifs de mesure des capacités de conduction électrique des nanomatériaux, tandis que les chercheurs de l'ASRC développaient les nanomatériaux. La prochaine étape de l'équipe collaborative est d'interfacer les nouveaux nanomatériaux avec de vrais neurones pour voir comment les matériaux synthétiques et biologiques interagissent.

    "Nous voulons voir si nous pouvons utiliser les nanomatériaux électroconducteurs dynamiques pour s'interfacer efficacement avec les neurones et entraîner leur décharge électrique à la demande, " dit Rein Ulijn, directeur de l'Initiative nanosciences de l'ASRC. « Nous sommes encore au début de cet aspect du travail, mais ce que nous avons jusqu'à présent est une percée passionnante qui démontre la possibilité de créer des matériaux synthétiques qui imitent un complexe, activité dynamique des systèmes biologiques. Ces nouveaux nanomatériaux ont la capacité de répondre à des signaux chimiques biologiquement pertinents et de fournir une interface électronique. À long terme, cela peut ouvrir une nouvelle voie vers le développement de traitements qui, jusqu'à maintenant, n'ont été que théoriques."


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