La microscopie à fluorescence à super résolution (à droite) produit des images nettement plus nettes par rapport à la microscopie à fluorescence conventionnelle. Crédit :Abadi et al.
Une technique qui permet aux chercheurs d'observer le mouvement de molécules individuelles dans un polymère a été développée par KAUST :elle remet en question la pensée actuelle sur la physique des polymères et pourrait conduire à de nouveaux matériaux pouvant être adaptés à des tâches spécifiques.
Les polymères sont une famille large et diversifiée de matériaux allant des matériaux durs, plastiques rigides à souples, gels extensibles. Au niveau microscopique, Les polymères sont constitués de molécules à longue chaîne qui sont enchevêtrées comme une plaque de spaghetti à l'échelle nanométrique. Les propriétés d'un matériau polymère découlent de la façon dont ses chaînes polymères constitutives se déplacent et interagissent les unes avec les autres. Jusqu'à maintenant, la capacité des chercheurs à comprendre pleinement les propriétés des polymères a été entravée parce qu'il était impossible d'observer le mouvement de chaque chaîne de polymère.
Satoshi Habuchi et son équipe ont surmonté cette limitation en utilisant la microscopie à fluorescence à super-résolution. "L'imagerie par fluorescence est une excellente technique pour capturer le comportement en temps réel des systèmes dynamiques, " dit Maram Abadi, un membre de l'équipe d'Habuchi.
Pour l'étude des polymères, Habuchi et son équipe ont créé un polymère avec des étiquettes fluorescentes attachées à plusieurs points le long de la chaîne. Bien que la résolution spatiale de l'imagerie par fluorescence conventionnelle soit limitée à 200 à 300 nanomètres, ce qui est insuffisant pour suivre la dynamique de la chaîne polymère, l'imagerie par fluorescence à super résolution offre une résolution considérablement plus nette de 10 à 20 nanomètres. La super-résolution est obtenue en capturant 10, 000 images de microscopie à fluorescence séparées en quelques secondes, puis en utilisant un ordinateur pour les combiner pour générer une seule image en super-résolution. La technique a valu à ses premiers découvreurs le prix Nobel de chimie 2014.
Une nouvelle technique développée par Maram Abadi (à gauche), Satoshi Habuchi et ses collègues remettent en question la réflexion actuelle sur la physique des polymères. Crédit :KAUST
Habuchi et son équipe ont combiné cette technique avec un algorithme de suivi de molécule unique qu'ils ont récemment développé. "Cela a fourni un outil puissant pour étudier la dynamique des polymères intriqués au niveau d'une seule molécule, dit Abadi.
L'outil a montré que la dynamique des polymères est plus complexe qu'on ne le pensait auparavant. La dynamique des polymères a été modélisée à l'aide de la théorie de la reptation dans laquelle l'ensemble de la chaîne polymère est considéré comme se déplaçant comme une seule unité, semblable à un serpent, ce qui explique la dérivation du terme du mot reptile. La microscopie fluorescente à super résolution révèle que le polymère subit en fait un mouvement dépendant de la position de la chaîne, avec la plupart des mouvements se produisant aux extrémités de la chaîne et le moins de mouvements se produisant au milieu.
Cette découverte montre que la théorie de la physique des polymères devra être révisée, dit Abadi. « Étant donné que les propriétés rhéologiques des matériaux découlent au microscope de la dynamique des polymères enchevêtrés, une révision de la théorie de la reptation aurait un large impact non seulement sur la physique fondamentale des polymères mais aussi sur le développement d'une large gamme de nanomatériaux polymères, " elle dit.
L'équipe envisage maintenant d'appliquer sa technique à des systèmes plus complexes, y compris les gels polymères et les réseaux de biomolécules à l'intérieur des cellules.
