Formation de paires de brins hélicoïdaux entrelacés à travers un réseau d'interactions de liaison hydrogène le long de l'axe a. La distance interbrin la plus proche au sein d'une paire a été mesurée de Ar-H à H-Ar (6,5 Å). Crédit :Université du Colorado à Boulder
Les polymères covalents à double hélice - qui sont des collections en spirale de blocs de construction de la nature - sont fondamentaux pour la vie elle-même, et encore, malgré des décennies de recherche, les scientifiques n'ont jamais été capables de les synthétiser dans leur intégralité comme leurs confrères non hélicoïdaux – jusqu'à maintenant.
Scientifiques, dirigé par une équipe de l'Université du Colorado Boulder, avoir déchiffré le code, créant pour la première fois des versions synthétiques de ces grandes molécules de type ADN. En utilisant la chimie covalente dynamique, qui est un outil de chimie mis au point par ces chercheurs qui se concentre sur les interactions de liaison réversibles avec des capacités d'autocorrection, ils ont pu non seulement construire un polymère covalent hélicoïdal qui rivalise avec la sophistication de ceux trouvés dans la nature, mais aussi confirmer son existence avec une certitude absolue en utilisant la diffraction des rayons X sur un monocristal (un puissant, manière non destructive de caractériser les monocristaux à l'aide de la lumière).
Précédemment, les scientifiques n'ont pu résoudre que certaines parties du puzzle. Cette nouvelle découverte sortie la semaine dernière en Chimie de la nature , bien que, le complète, ouvrant potentiellement ce domaine critique et peu étudié à de nouvelles recherches qui pourraient avoir des implications sur tout, de la création d'enzymes artificielles, qui a déjà rencontré le succès dans diverses applications médicales, à la création de matériaux biomimétiques (matériaux qui imitent les processus trouvés dans la nature).
"Les gens peuvent très rarement voir ce qui se passe réellement dans les polymères synthétiques en termes d'emplacements spatiaux des atomes, interactions inter-chaînes, comment ils se lient, comment ils s'enroulent et s'enroulent au niveau atomique, " dit Wei Zhang, un auteur sur l'étude et un professeur de chimie à CU Boulder. "Avec des monocristaux, bien que, on peut vraiment visualiser expérimentalement l'atome, les obligations, ça fait combien de temps, comment ils interagissent. C'est pourquoi obtenir la structure monocristalline d'un polymère est très, très gros problème."
Les polymères sont des substances ou des matériaux formés par l'accumulation de lots de plus petits, des unités similaires (comme le glucose et les acides aminés) se liant ensemble naturellement ou synthétiquement. Les polymères naturels peuvent inclure la soie, laine, ADN, protéines, enzymes et cellulose, tandis que les polymères synthétiques sont fabriqués par des scientifiques ou des ingénieurs et comprennent des matériaux comme les plastiques.
Les polymères synthétiques se présentent sous de nombreuses formes selon leur construction, qu'ils soient linéaires ou hélicoïdaux, le nombre de brins, et la longueur des brins. De celles, les polymères hélicoïdaux ont été les plus difficiles pour les scientifiques à reproduire synthétiquement, le double brin étant le plus difficile de tous, jusqu'à présent limité aux oligomères hélicoïdaux courts (un polymère avec très peu d'unités répétitives).
C'est-à-dire, jusqu'à cette nouvelle recherche.
Les images optiques des grands monocristaux de 1. 1 se sont développées sous forme de bipyramide carrée allongée. En médaillon :image au microscope optique à fond noir avec un contraste élevé sur les bords. Crédit :Université du Colorado à Boulder
Zhang et ses collègues ont pu utiliser un outil chimique qu'ils ont mis au point, chimie covalente dynamique, pour construire un polymère hélicoïdal covalent de type ADN. Quand ils ont fait ça, la grosse molécule n'était pas la seule chose qu'ils ont découverte.
Ils ont également trouvé des monocristaux.
"C'était une belle surprise, " a commenté Zhang. " A la fin de la réaction, lorsque nous avons remarqué qu'il y avait des monocristaux brillants au fond de la cuve de réaction, nous étions ravis. Nous l'avons dit, « Wow ! D'accord, donnons-lui un coup de feu (diffraction des rayons X). " Obtenir un monocristal d'un polymère est extrêmement rare. "
En utilisant la diffraction des rayons X synchrotron monocristallin, les chercheurs ont pu confirmer, sans aucun doute, qu'ils avaient créé ce qui était auparavant impossible.
Cette découverte, bien que, n'est que le début à la fois pour eux et pour ce domaine d'étude critique.
Après avoir plongé un peu plus dans la structure elle-même, les chercheurs prévoient de jouer avec et d'explorer la structure elle-même, voir s'ils peuvent rendre les cristaux eux-mêmes plus gros (en ce moment ils sont assez petits), et s'ils peuvent contrôler la chiralité, ou nature en spirale, du polymère, ce qui pourrait avoir de larges implications pour la catalyse (procédé de réaction chimique utilisant des catalyseurs), transduction de signaux (comment les signaux sont envoyés dans toute la cellule) et applications de détection.
"Il y a beaucoup de conception rationnelle, synthèse, le travail de relation structure-propriété que nous devons faire, ", a déclaré Zhang. "En fin de compte, nous voulons démontrer qu'il s'agit d'une plate-forme très puissante pour la conception de matériaux biomimétiques intelligents."
