En s'inspirant de la nature, les chercheurs fabriquent à la demande des polymères aux compositions toujours plus précises. En utilisant des outils de synthèse multi-étapes tirés de la biologie, biochimie et synthèse organique, un groupe signale qu'il développe des polymères synthétiques de très haute précision avec des longueurs de chaîne et des séquences de monomères contrôlées avec précision. Les macromolécules contenant des informations résultantes peuvent être déployées pour le stockage de données, technologies de lutte contre la contrefaçon et de traçabilité.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui lors de la réunion et exposition nationale du printemps 2019 de l'American Chemical Society (ACS).

« Il existe essentiellement deux types de polymères, " dit Jean-François Lutz, doctorat "Un type est en plastique, qui est fabriqué par l'homme. L'autre type est appelé un biopolymère, et c'est une molécule beaucoup plus définie. En réalité, les humains sont principalement construits avec des polymères, de l'ADN et des protéines."

Les techniques de fabrication chimiques conventionnelles peuvent produire des polymères de longueurs et de séquences irrégulières. Mais, Lutz note, la nature est plus précise. Il existe une énorme différence de qualité structurelle entre les polymères synthétiques et biologiques, il explique. "Le but de notre travail est de combler le vide - de fabriquer des polymères synthétiques en utilisant l'inspiration biologique."

Généralement, les polymères à séquence contrôlée peuvent être construits soit par des polymérisations par croissance en chaîne ou par croissance par étapes. Les deux approches permettent d'obtenir des chaînes polymères de différentes longueurs. Cependant, lorsque différents monomères sont combinés en polymères, ils varieront en termes de composition et de séquence de chaîne à chaîne. De tels polymères ne sont pas idéaux pour les applications, comme le codage, dans lequel un précis, une structure uniforme est nécessaire.

Lutz et son équipe de l'Institut Charles Sadron ont travaillé à la construction de molécules synthétiques avec la même précision et uniformité que les macromolécules biologiques. "Nous avons eu l'inspiration initiale de l'ADN, qui est un polymère composé de quatre monomères :adénine, thymine, guanine et cytosine, " Lutz dit. "Bien que l'ADN soit un polymère qui code pour l'information même qui fait de nous des humains - une réalisation importante - ce n'est vraiment pas la meilleure structure pour beaucoup d'autres choses. Nous avons pensé que nous pourrions peut-être fabriquer un polymère tout aussi riche en informations, mais améliore la structure afin qu'elle puisse être utilisée pour une variété d'applications."

Le groupe construit ses polymères synthétiques avec des structures primaires entièrement contrôlées en utilisant la chimie itérative en phase solide, un procédé qui a été développé à l'origine pour fabriquer des peptides, ou de courts morceaux de protéines. Dans les dernières années, l'équipe a fabriqué des polymères sur mesure pour les applications de stockage de données. Dans ces polymères, chaque monomère ou sous-unité représente une information spécifique. Jusque là, les chercheurs ont créé de minuscules dispositifs de stockage de données constitués de polymères à codage séquentiel en couches. Récemment, ils ont également étudié la cristallisation des polymères synthétiques codés et observé que les bits moléculaires qu'ils contiennent occupent des volumes beaucoup plus petits que les nucléotides de l'ADN. « Les polymères codés par séquence abiotique sont maintenant bien au-delà de la preuve de concept, " Lutz dit. "Nous étions le premier groupe. C'est maintenant une tendance ou un domaine dans la chimie des polymères."

Lutz pense que dans les 10 prochaines années, son groupe mettra sur le marché des technologies de lutte contre la contrefaçon et de traçabilité utilisant leurs polymères sur mesure. La contrefaçon des dispositifs médicaux est un problème important. L'Organisation mondiale de la santé estime que plus de huit pour cent des dispositifs médicaux en circulation sont des contrefaçons. Le groupe de Lutz construit et insère des polymères à séquences définies dans des dispositifs médicaux tels que des implants oculaires. Les polymères peuvent être extraits ultérieurement et identifiés par spectroscopie de masse en tandem.

« Quand vous pouvez stocker du code dans une molécule, vous pouvez imaginer qu'avec une seule molécule vous pouvez écrire quelque chose, comme le nom d'une entreprise, un numéro de lot ou une date de fabrication, " Lutz dit. " Vous avez une molécule que vous pouvez directement mélanger avec divers matériaux, comme les plastiques ou les céramiques. On pourrait mettre la molécule dans l'écran d'un smartphone, un dispositif médical ou un implant dans le corps. Nous pourrions même le mettre dans un sac de luxe coûteux."