Dans une nouvelle étude publiée dans Physique de la nature , des chercheurs du B CUBE—Center for Molecular Bioengineering at TU Dresden et European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) à Grenoble décrivent, pour la première fois, que les défauts de structure de la nacre auto-assemblante s'attirent et s'annulent, conduisant finalement à une structure périodique parfaite.

Les mollusques construisent des coquilles pour protéger leurs tissus mous des prédateurs. Nacre, également connue sous le nom de nacre, a un complexe, structure très régulière qui en fait un matériau incroyablement résistant. Selon les espèces, les nacres peuvent atteindre des dizaines de centimètres de long. Peu importe la taille, chaque nacre est construite à partir de matériaux déposés par une multitude de cellules individuelles à plusieurs endroits différents en même temps. Comment exactement cette structure hautement périodique et uniforme émerge du désordre initial était inconnue jusqu'à présent.

La formation de nacre commence sans coordination avec les cellules déposant le matériau simultanément à différents endroits. Sans surprise, la structure de la nacre précoce n'est pas très régulière. À ce point, il est plein de défauts. « Au tout début, le tissu minéral-organique stratifié est plein de défauts structurels qui se propagent à travers un certain nombre de couches comme une hélice. En réalité, ils ressemblent à un escalier en colimaçon, ayant une orientation droitier ou gaucher, " dit le Dr Igor Zlotnikov, chef de groupe de recherche au B CUBE—Center for Molecular Bioengineering à TU Dresden. "Le rôle de ces défauts dans la formation d'un tissu aussi périodique n'a jamais été établi. D'autre part, la nacre mature est sans défaut, avec un habitué, structure uniforme. Comment la perfection a-t-elle pu émerger d'un tel désordre ?"

Les chercheurs du groupe Zlotnikov ont collaboré avec l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) de Grenoble pour examiner de manière très détaillée la structure interne de la nacre précoce et mature. En utilisant la nano-tomographie holographique à rayons X basée sur le synchrotron, les chercheurs ont pu capturer la croissance de la nacre au fil du temps. « La nacre est une structure extrêmement fine, ayant des caractéristiques organiques de taille inférieure à 50 nm. La ligne de faisceau ID16A de l'ESRF nous a fourni une capacité sans précédent de visualiser la nacre en trois dimensions, " explique le Dr Zlotnikov. " La combinaison de plaquettes inorganiques denses en électrons et hautement périodiques avec des interfaces organiques délicates et minces fait de la nacre une structure difficile à imager. L'imagerie cryogénique nous a permis d'obtenir le pouvoir de résolution dont nous avions besoin, " explique le Dr Pacureanu du groupe X-ray Nanoprobe de l'ESRF.

L'analyse des données a été tout un défi. Les chercheurs ont développé un algorithme de segmentation utilisant des réseaux de neurones et l'ont entraîné à séparer différentes couches de nacre. De cette façon, ils ont pu suivre ce qui arrive aux défauts de structure au fur et à mesure de la croissance de la nacre.

Le comportement des défauts structurels dans une nacre en croissance était surprenant. Les défauts de sens de vis opposé étaient attirés les uns vers les autres à de grandes distances. Les défauts droitiers et gauchers se sont déplacés à travers la structure, jusqu'à ce qu'ils se rencontrent, et s'annulaient mutuellement. Ces événements ont conduit à une synchronisation à l'échelle du tissu. Heures supplémentaires, il a permis à la structure de se développer en une structure parfaitement régulière et sans défaut.

Des structures périodiques similaires à la nacre sont produites par de nombreuses espèces animales différentes. Les chercheurs pensent que le mécanisme récemment découvert pourrait entraîner non seulement la formation de nacre, mais également d'autres structures biogéniques.