Dans un nouveau journal, Thomas Russell et le boursier postdoctoral Ganhua Xie, à l'Université du Massachusetts Amherst et Lawrence Berkeley National Laboratory, rapportent qu'ils ont utilisé des forces capillaires pour développer une méthode simple pour produire des gouttelettes pendantes auto-assemblées d'une solution aqueuse de polymère à partir de la surface d'une seconde solution aqueuse de polymère dans des réseaux bien ordonnés.

« Ces gouttelettes suspendues ont des applications potentielles dans les microréacteurs fonctionnels, micromoteurs et microrobots biomimétiques, " expliquent-ils. Les microréacteurs facilitent les réactions chimiques dans des espaces extrêmement petits - moins d'un millimètre - et les microsondes facilitent l'ingénierie et la fabrication de nouveaux médicaments. Les deux permettent aux chercheurs de contrôler étroitement la vitesse de réaction, diffusion et traitement sélectifs, par exemple. La diffusion sélective fait référence à la façon dont les membranes cellulaires décident quelles molécules autoriser ou empêcher l'entrée.

Russell et ses collègues disent que les fonctions de leur nouveau système peuvent être dirigées avec des microparticules magnétiques pour y parvenir. Ils "contrôlent la locomotion des gouttelettes, et, en raison de la nature des assemblées, peut transporter sélectivement des produits chimiques d'une gouttelette à une autre ou être utilisé comme récipients de réaction encapsulés, où les réactions reposent sur le contact direct avec l'air, ", explique Russell.

Pour ce travail, lui et Xie ont collaboré avec d'autres de l'Université de Hong Kong, Université de technologie chimique de Pékin et Université de Tohoku, Japon. Les détails sont dans Actes de l'Académie nationale des sciences .

Leur technique repose sur des propriétés naturelles, Russell explique, en particulier la tension superficielle, le phénomène qui permet aux créatures aquatiques et aux robots artificiels qui les imitent d'éviter de couler. Les chercheurs l'utilisent pour lier des gouttelettes plus lourdes, qui autrement coulerait, aux interfaces. Cela aide à construire des ensembles bidimensionnels de gouttelettes structurellement complexes qui ont des sacs dans lesquels les réactions cibles peuvent être isolées.

Ils ont fait ça, Russell dit, en suspendant une gouttelette enrobée de coacervat d'une solution aqueuse de dextrane plus dense à la surface d'un autre, solution aqueuse de polyéthylène glycol (PEG). Dans leurs travaux antérieurs, Xie, Russell et ses collègues ont utilisé ces deux mêmes solutions aqueuses de polymère, PEG-plus-eau et dextran-plus-eau, qui peuvent être combinés mais ne se mélangent pas. Cela crée un "exemple classique de coacervation" formant deux domaines distincts comme la cire et l'eau sans mélange dans une lampe à lave, explique Russell.

Il dit que jusqu'à présent, les systèmes synthétiques dans les laboratoires ont été limités à beaucoup moins de réactions que les systèmes naturels dans le corps, qui peut effectuer de nombreuses réactions rapides et en série. Imiter davantage la nature est un objectif majeur depuis des années, il ajoute.

Le nouvel ouvrage représente une avancée majeure, Russell dit, parce que "nous utilisons un équilibre délicat entre une énergie de surface et la gravité pour accrocher les sacs à la surface du liquide, comme certaines larves d'insectes, et les sacs suspendus sont en contact direct avec l'air à travers l'ouverture au sommet. Le contact direct avec l'air permet à l'utilisateur d'introduire des gaz, comme l'oxygène, pour une réaction."

Pour imaginer le nouveau mécanisme, il explique, il est utile de savoir que les polycations sont des matériaux avec plus d'une charge positive et que les polyanions ont plus d'une charge négative. "Pensez au sac, l'intérieur est un polyanion et l'extérieur est un polyanion. Cela signifie que les anions peuvent sortir mais pas les cations et que les cations peuvent entrer mais pas les anions. Cette diffusion sélective nous permet de faire des réactions à l'intérieur du sac qui alimentent une seconde réaction à l'extérieur du sac et vice versa. Donc, nous pouvons produire des schémas de réaction en cascade, similaire à celle trouvée à l'intérieur de votre corps ou d'autres systèmes biologiques."