L'illustration montre comment les gouttelettes avec différents brins d'ADN se combinent d'abord en chaînes, qui sont ensuite programmées pour se replier dans des géométries spécifiques, analogues au repliement des protéines. Le tapis met en évidence une voie de repliement d'une chaîne hexamère se repliant en un polytétraèdre. Le zoom montre comment la formation de doubles hélices d'ADN entraîne la liaison goutte à goutte. Crédit :Kaitlynn Snyder
Une équipe de physiciens a créé une nouvelle façon d'auto-assembler des particules - une avancée qui offre de nouvelles promesses pour la construction de matériaux complexes et innovants au niveau microscopique.
L'auto-assemblage, introduit au début des années 2000, donne aux scientifiques un moyen de "pré-programmer" les particules, permettant la construction de matériaux sans autre intervention humaine - l'équivalent microscopique des meubles Ikea qui peuvent s'assembler eux-mêmes.
La percée, rapportée dans la revue Nature , se concentre sur les émulsions (gouttelettes d'huile immergées dans l'eau) et leur utilisation dans l'auto-assemblage de foldamères, qui sont des formes uniques qui peuvent être théoriquement prédites à partir de la séquence d'interactions de gouttelettes.
Le processus d'auto-assemblage emprunte au domaine de la biologie, imitant le repliement des protéines et de l'ARN à l'aide de colloïdes. Dans la nature travail, les chercheurs ont créé de minuscules gouttelettes à base d'huile dans l'eau, possédant un éventail de séquences d'ADN qui ont servi d'"instructions" d'assemblage. Ces gouttelettes s'assemblent d'abord en chaînes flexibles, puis s'effondrent ou se replient séquentiellement via des molécules d'ADN collantes. Ce repliement donne une douzaine de types de foldamères, et une spécificité supplémentaire pourrait coder plus de la moitié des 600 formes géométriques possibles.
Les images de microscopie montrent une chaîne de gouttelettes bleues et jaunes alternées se repliant dans une géométrie de couronne par des interactions bleu-bleu, bleu-jaune et enfin jaune-jaune, médiées par des brins d'ADN collants. Les gouttelettes microscopiques sont programmées pour interagir via des brins d'ADN collants pour se replier de manière unique dans des formes bien définies, comme illustré ici. Crédit :Brujic Lab
"Pouvoir préprogrammer des architectures colloïdales nous donne les moyens de créer des matériaux aux propriétés complexes et innovantes", explique Jasna Brujic, professeur au département de physique de l'Université de New York et l'une des chercheuses. "Notre travail montre comment des centaines de géométries auto-assemblées peuvent être créées de manière unique, offrant de nouvelles possibilités pour la création de la prochaine génération de matériaux."
La recherche comprenait également Angus McMullen, chercheur postdoctoral au département de physique de NYU, ainsi que Maitane Muñoz Basagoiti et Zorana Zeravcic de l'ESPCI Paris.
Les scientifiques soulignent l'aspect contre-intuitif et pionnier de la méthode :plutôt que de nécessiter un grand nombre de blocs de construction pour encoder des formes précises, sa technique de pliage signifie que seuls quelques-uns sont nécessaires car chaque bloc peut adopter une variété de formes.
"Contrairement à un puzzle, dans lequel chaque pièce est différente, notre processus n'utilise que deux types de particules, ce qui réduit considérablement la variété de blocs de construction nécessaires pour coder une forme particulière", explique Brujic. "L'innovation réside dans l'utilisation d'un pliage similaire à celui des protéines, mais sur une échelle de longueur 1 000 fois plus grande, soit environ un dixième de la largeur d'une mèche de cheveux. Ces particules se lient d'abord pour former une chaîne, qui se plie ensuite selon aux interactions préprogrammées qui guident la chaîne à travers des voies complexes vers une géométrie unique."
"La capacité d'obtenir un lexique de formes ouvre la voie à un assemblage supplémentaire dans des matériaux à plus grande échelle, tout comme les protéines s'agrègent hiérarchiquement pour construire des compartiments cellulaires en biologie", ajoute-t-elle. Les physiciens découvrent comment les particules s'auto-assemblent
