Une équipe de chimistes de l'Université de Californie à San Diego a mené des recherches de pointe pour la science des matériaux, un domaine pour lequel la chimie fournit fréquemment des informations sur la structure et la composition des matériaux, ainsi que les procédés de fabrication et d'utilisation. Son objectif est de créer de nouveaux matériaux, des métaux et du caoutchouc aux revêtements et aux cristaux.
Les chercheurs du Département de chimie et de biochimie ont atteint cet objectif en mélangeant des matériaux improbables pour créer une nouvelle forme hybride de matière cristalline qui pourrait changer la pratique de la science des matériaux. Les résultats, Publié dans La nature , présentent des avantages potentiels pour la médecine et l'industrie pharmaceutique.
Ling Zhang, Jake Bailey et Rohit Subramanian, tous les doctorants les candidats étudiant sous la direction du professeur Akif Tezcan, cristaux de protéines combinés avec des polymères synthétiques pour créer les nouveaux matériaux hybrides.
"L'intégration chimique de deux substances aussi disparates donne naissance à une nouvelle forme de matière qui contourne complètement la limitation fondamentale selon laquelle les substances ordonnées sont fragiles et inflexibles, et les matériaux souples sont dépourvus d'ordre, " expliqua Tezcan, qui exploite le Tezcan Lab à l'UC San Diego.
Les cristaux sont des réseaux d'atomes ou de molécules périodiquement ordonnés dans l'espace tridimensionnel par le biais d'interactions spécifiques. Parce que ces interactions maintiennent les constituants voisins dans un arrangement unique, cristaux—comme des grains de sel, par exemple, ne peut pas fléchir ou s'étendre. Au lieu, s'il est touché par une force contondante, ils se brisent en morceaux qui ne peuvent se rejoindre. Les chercheurs ont contourné ces limitations fondamentales en infusant des cristaux de protéines avec un réseau de polymères hydrogels, qui sont essentiellement des disquettes, chaînes collantes qui forment un moule à mémoire de forme autour des molécules de protéines. Cette moisissure permet aux cristaux de protéines de se cicatriser lorsqu'ils se fissurent, ainsi que de se dilater (parfois jusqu'à 500 pour cent en volume) et de se contracter sans perdre leur cristallinité. En réalité, les chercheurs de l'UC San Diego ont observé que, dans certains cas, l'ordre au niveau atomique des molécules de protéines augmentait lors de l'expansion et de la contraction. L'ordre accru a permis aux chercheurs d'utiliser les rayons X pour obtenir des structures à plus haute résolution que jamais observées pour une protéine appelée ferritine (produite dans divers organismes pour stocker le fer).
Selon Tezcan, ces résultats sont prometteurs pour l'utilisation de la stratégie en général pour améliorer la cristallographie aux rayons X des protéines, la méthode prédominante pour examiner les structures et fonctions atomiques. Les hybrides cristal-hydrogel fournissent également un modèle pour la fabrication de matériaux à la fois résistants et solides qui peuvent résister à la fracture. Quoi de plus, la capacité de ces matériaux à se dilater et à se contracter peut peut-être être utilisée pour stocker en toute sécurité de grands agents biologiques tels que des anticorps et des acides nucléiques, puis de les libérer aux endroits souhaités du corps à des fins thérapeutiques.
"Ces matériaux combinent de manière unique l'ordre structurel et la périodicité des cristaux moléculaires, l'adaptabilité et les propriétés mécaniques ajustables des polymères synthétiques, et la polyvalence chimique des blocs de construction de protéines, " a déclaré Tezcan. " La partie la plus agréable de ce travail était de savoir comment il combinait différentes disciplines et techniques de manière imprévue pour créer de nouvelles directions de recherche. "
