Les scientifiques examinent fréquemment le comportement des molécules dans la nature pour les aider à concevoir des processus chimiques, et c'est ce que les chercheurs de QUT et de l'Université de Gand ont fait pour créer une structure polymère 3-D stabilisée à la lumière verte qui se déploie lorsqu'elle est laissée dans l'obscurité.

L'équipe a rendu compte de cette première mondiale d'un modèle réversible, processus déclenché par la lumière pour plier les polymères en nanoparticules à chaîne unique dans Sciences chimiques .

La recherche a été menée par l'auteur principal et QUT Ph.D. étudiant Daniel Kodura, avec le Dr Hendrik Frisch, boursier DECRA du Conseil australien de la recherche (ARC) de QUT, Dr Anja Goldmann, doctorat l'étudiant Fabian Bloesser et le professeur lauréat de l'ARC Christopher Barner-Kowollik, du Soft Matter Materials Laboratory du Centre de science des matériaux de QUT, en collaboration avec le professeur Filip Du Prez et le Dr Hannes Houck du groupe de recherche en chimie des polymères de l'Université de Gand, La Belgique.

"Ce que nous avons fait, c'est nous tourner vers les protéines, qui sont des polymères biologiques qui permettent la plupart de la chimie dans les cellules de notre corps et sont essentiels à la vie, et imiter avec des polymères synthétiques l'un des modes de fonctionnement des protéines, " a déclaré M. Kodura.

Les protéines sont de grandes molécules complexes d'acides aminés qui sont reliées les unes aux autres par de longues chaînes, et ces chaînes se replient naturellement, parfois avec une molécule auxiliaire, dans une structure 3-D qui remplit une fonction, comme faire bouger vos muscles.

"Ce que nous avons fait, c'est utiliser la lumière LED verte comme aide pour plier les chaînes de polymère synthétique dans une structure, " a-t-il dit. " La lumière était le carburant du processus et, surtout, il a également maintenu la structure stable. Tant que la lumière était allumée, la structure a gardé sa forme. Sans la lumière, dans l'obscurité et à température ambiante, la structure s'est détendue et s'est déployée."

"Cela n'a jamais été réalisé auparavant, " a ajouté le Dr Frisch. " De plus, plier les chaînes avec de la lumière dans une structure, puis les déplier dans l'obscurité pourrait être répété plusieurs fois avec succès."

Le professeur Christopher Barner-Kowollik a déclaré que le processus chimique était "semblable à un processus vivant en soi".

"Les organismes vivants ont besoin de consommer une source d'énergie, comme la lumière, survivre et cette structure 3-D est la même. Il consomme de la lumière comme combustible pour s'entretenir, " il a dit.

"C'est un exemple de fondamental, sciences instructives. Cela montre ce qui est possible lorsque vous utilisez l'interaction de la lumière et de l'obscurité pour des conceptions macromoléculaires complexes."

Le Dr Goldmann a déclaré que les scientifiques ont montré comment plier des substrats chimiques avec de la lumière dans une structure avant qu'"elle ne soit toujours verrouillée de manière permanente. C'est le premier exemple d'une structure polymère monobrin 3-D véritablement stabilisée à la lumière".

Le principe fondamental du processus chimique est le même que celui utilisé précédemment par les membres de l'équipe pour créer ce qu'ils ont appelé les matériaux dynamiques stabilisés à la lumière (LSDM) - une nouvelle classe de matériaux.

"Ce que nous avons créé auparavant était quelque chose que vous pouvez voir et toucher, " ont déclaré le professeur Du Prez et le Dr Houck. " Ceci est différent et traite des transformations au niveau de la chaîne unique, c'est-à-dire la taille du nanomètre qui peut aller jusqu'à un milliardième de mètre, ou 100, 000 fois plus petit qu'un cheveu humain."

Le papier complet, Réticulation covalente dynamique alimentée par la lumière de chaînes polymères simples dans des états de non-équilibre, est disponible ici. Chemical Science a choisi le papier comme son choix ChemSci de la semaine.