(PhysOrg.com) -- Physiciens, des chimistes et des ingénieurs de l'Université de Pennsylvanie ont démontré une nouvelle méthode pour la formation contrôlée de particules inégales, utilisant chargé, des molécules auto-assemblées qui pourraient un jour servir de vecteurs d'administration de médicaments pour lutter contre les maladies et peut-être être utilisées dans de petites batteries qui stockent et libèrent la charge.

Les chercheurs ont démontré que les charges électriques positives des ions calcium, tout comme le calcium des dents et des os, peuvent former des ponts entre des polymères chargés négativement qui se repousseraient normalement. Les polymères, semblable aux lipides qui forment les membranes entourant les cellules vivantes, ont à la fois une partie hydrophile liée à une partie hydrofuge. Sur les surfaces de ces sacs polymères de la taille d'une alvéole, les ions calcium créent des îlots ou des plaques riches en calcium sur le polymère chargé négativement. Les ions de cuivre fonctionnent également, et les patchs peuvent être amenés à fusionner et à couvrir la moitié de la particule. Cette structure polarisée est l'arrangement de base nécessaire pour mettre en place, par exemple, les deux électrodes d'une pile microscopique. Ils pourraient également un jour être fonctionnalisés dans des sites d'accueil pour améliorer l'administration ciblée de particules chargées de médicament aux cellules.

Bien que le concept semble simple, que les charges opposées s'attirent, la création et le contrôle de patchs sur une petite particule a été un défi. Des scientifiques comme Dennis E. Discher, chercheur principal de l'étude et professeur de génie chimique et biomoléculaire à Penn, conçoivent des matériaux à l'échelle nanométrique car les technologies futures reposeront de plus en plus sur des structures aux surfaces distinctes et contrôlées. Médecins, par exemple, améliorera les thérapies médicales en enveloppant les médicaments dans des sacs en polymère bio-ingénierie, ou en créant de minuscules capteurs biomédicaux. La production et le stockage d'énergie verte nécessiteront également des structures dont les échelles ne se mesurent plus en pouces, mais en micromètres et nanomètres.

La collaboration a impliqué des professeurs de la Penn's School of Engineering and Applied Science, l'École de médecine et l'École des arts et des sciences, et démontré, plus précisement, la liaison sélective de ligands cationiques multivalents au sein d'un mélange d'amphiphiles polyanioniques et non ioniques qui s'assemblent tous en sacs inégaux appelés vésicules ou en cylindres moléculaires appelés micelles vermiformes. Des principes similaires ont été explorés avec les lipides dans le domaine de la biophysique membranaire car le calcium est la clé de nombreux processus de signalisation cellulaire. L'astuce est que l'énergie d'attraction des charges opposées doit être ajustée pour trouver un équilibre avec le prix entropique élevé pour la localisation dans les taches. Si les attractions sont trop grandes, les ions précipitent, tout comme ajouter trop de sucre au thé ou au café.

En utilisant un peu d'acide ou un peu de base, les vésicules et cylindres polymères inégaux peuvent être fabriqués avec des tailles réglables, formes et espacements. Les assemblages avec de grands patchs uniques sont appelés assemblages Janus, nommé d'après le dieu romain à double face, et les assemblages durent généralement des années car ce sont des structures à base de polymère.

« La principale avancée que nous présentons dans cette étude est la gamme restreinte de conditions requises pour l'auto-assemblage dans ces solutions, " Discher a déclaré. "Nous montrons que, en plus des polymères, des lipides cellulaires chargés négativement qui sont impliqués dans toutes sortes de processus de signalisation cellulaire comme le mouvement cellulaire et la mécanique du cancer, peut également faire des domaines ou des îles avec du calcium."

L'ouvrage est représentatif de la recherche nationale sur la matière molle, matériaux construits à partir de molécules organiques comme les lipides, peptides et acides nucléiques. Un système moléculaire bien conçu peut produire un large éventail de nanostructures et de microstructures, imiter et étendre ce qui se trouve dans la nature.

Plus d'information: L'étude a été publiée comme article de couverture dans la revue Matériaux naturels .

Source :Université de Pennsylvanie (actualité :web)