Une équipe de chercheurs en science des polymères et en ingénierie de l'Université du Massachusetts à Amherst a démontré pour la première fois que les positions de minuscules, appartement, les objets solides intégrés dans des membranes nanométriquement minces, ressemblant à celles des cellules biologiques, peuvent être contrôlés en faisant varier mécaniquement les forces élastiques dans la membrane elle-même. Cette étape importante de la recherche est une étape importante vers l'objectif de créer des matériaux flexibles ultrafins qui s'auto-organisent et répondent immédiatement à la force mécanique.

L'équipe a découvert que les plaques solides rigides des membranes fluides biomimétiques subissent des interactions qualitativement différentes de celles des composants biologiques des membranes cellulaires. Dans les membranes cellulaires, les domaines fluides ou les virus adhérents subissent soit des attractions, soit des répulsions, mais pas les deux, dit Weiyue Xin, auteur principal de l'article détaillant la recherche, qui est apparu récemment dans Avancées scientifiques . Mais pour positionner précisément des objets solides dans une membrane, les forces attractives et répulsives doivent être disponibles, ajoute Maria Santore, professeur de science et d'ingénierie des polymères à l'UMass. Dans le Santore Lab à UMass, Xin a utilisé des vésicules unilamellaires géantes, ou GUV, qui sont des sacs membranaires ressemblant à des cellules, pour sonder les interactions entre les objets solides dans un mince, matériau en forme de feuille. Comme les cellules biologiques, Les GUV ont des membranes fluides et forment une forme presque sphérique. Xin a modifié les GUV pour que les membranes comprennent de minuscules, solide, masses rigides en forme de plaques. L'équipe, une collaboration entre le laboratoire Santore et le groupe de théorie Grason du département science et ingénierie des polymères de l'UMass, est le premier à montrer qu'en modifiant la courbure et la tension de la membrane, les masses en forme de plaques pourraient être faites pour s'attirer et se repousser. Cela a permis aux chercheurs de contrôler les positions des plaques à l'intérieur de la membrane.

La tension de la membrane peut être réglée mécaniquement, à l'aide d'une micropipette pour gonfler ou dégonfler le GUV, ou physiquement, par osmose. Dans les deux cas, lorsque la membrane est tendue, les plaques planes s'attirent progressivement, formation prévisible, arrangements reproductibles. Par contre, la diminution de la tension provoque la migration des plaques. Dans les deux cas, le mouvement et le positionnement des plaques sont prévisibles et contrôlables.

Cette capacité à diriger le positionnement des plaques dans une membrane est un pas de géant vers la conception d'un matériau sensible aux stimuli et pouvant s'auto-organiser de manière contrôlable et reconfigurable. "Notre recherche a des applications en nanotechnologie et dans d'autres domaines où il est souhaitable d'avoir des des appareils flexibles capables de répondre à leur environnement, " dit Xin. Une application dans le monde réel de la recherche de l'équipe comprend flexible, très mince, et reconfigurable, électronique portable.