Qu'est-ce qui fait que les particules s'auto-assemblent en structures biologiques complexes ? Souvent, ce phénomène est dû à la compétition entre les forces d'attraction et de répulsion, produite par des charges électriques dans diverses sections des particules. Dans la nature, ces phénomènes se produisent souvent dans des particules en suspension dans un milieu - appelées particules colloïdales - telles que des protéines, ADN et ARN. Pour faciliter l'auto-assemblage, il est possible de "décorer" différents sites à la surface de telles particules avec des charges différentes, appelés patchs.

Dans une nouvelle étude publiée dans EPJE , les physiciens ont développé un algorithme pour simuler la dynamique moléculaire de ces particules inégales. Les résultats publiés par Silvano Ferrari et ses collègues de la TU Vienna et du Center for Computational Materials Science (CMS), L'Autriche, améliorera notre compréhension de ce qui rend possible l'auto-assemblage dans les systèmes biologiques.

Dans cette étude, les auteurs modélisent des particules inégales chargées, qui sont constitués d'un corps rigide avec seulement deux patchs chargés, situé aux pôles opposés. Ils développent ensuite les équations régissant la dynamique d'un ensemble de telles particules colloïdales inégales.

Basé sur une approche existante développée à l'origine pour les particules moléculaires, leur simulation inclut des contraintes supplémentaires pour garantir que les "décorations" de charge électrique soient conservées dans le temps. À cet égard, ils développent des équations pour décrire le mouvement des particules; les solutions de ces équations décrivent les trajectoires de ces particules colloïdales. De telles simulations de dynamique moléculaire se prêtent à être exécutées en parallèle sur un grand nombre de particules.

Avec ces constatations, les auteurs complètent les enseignements tirés des observations expérimentales de particules similaires récemment synthétisées en laboratoire. Des expériences récentes ont démontré que les particules colloïdales décorées sur deux sites d'interaction présentent une propension remarquable à s'auto-organiser en structures très inhabituelles qui restent stables sur une large plage de températures.