Ron Zuckermann (à gauche) et Ki Tae Nam avec la fonderie moléculaire de Berkeley Lab, ont développé un matériau « papier moléculaire » dont les propriétés peuvent être précisément adaptées pour contrôler le flux de molécules, ou servir de plate-forme pour la détection chimique et biologique (Photo de Roy Kaltschmidt, Affaires publiques du Berkeley Lab).
(PhysOrg.com) -- Les scientifiques de Berkeley Lab ont créé « du papier moléculaire, " le plus grand cristal polymère bidimensionnel auto-assemblé dans l'eau à ce jour. Ce tout nouveau matériau en feuille est composé de peptoïdes, polymères d'ingénierie qui peuvent fléchir et se plier comme des protéines tout en conservant la robustesse des matériaux synthétiques.
Bidimensionnel, les nanostructures « en feuille » sont couramment employées dans les systèmes biologiques tels que les membranes cellulaires, et leurs propriétés uniques ont suscité un intérêt pour des matériaux tels que le graphène. Maintenant, Les scientifiques de Berkeley Lab ont fabriqué le plus grand cristal de polymère bidimensionnel auto-assemblé dans l'eau à ce jour. Ce matériau entièrement nouveau reflète la complexité structurelle des systèmes biologiques avec l'architecture durable nécessaire aux membranes ou à l'intégration dans des dispositifs fonctionnels.
Ces feuilles auto-assemblantes sont constituées de peptoïdes, polymères d'ingénierie qui peuvent fléchir et se replier comme des protéines tout en conservant la robustesse des matériaux synthétiques. Chaque feuille n'a que deux molécules d'épaisseur, mais une surface de centaines de micromètres carrés, semblable à un « papier moléculaire » suffisamment grand pour être visible à l'œil nu. Quoi de plus, contrairement à un polymère typique, chaque élément constitutif d'une nanofeuille peptoïde est codé avec des « ordres de marche » structurels, ce qui suggère que ses propriétés peuvent être adaptées avec précision à une application. Par exemple, ces nanofeuillets pourraient être utilisés pour contrôler le flux de molécules, ou servir de plate-forme pour la détection chimique et biologique.
Ces images au microscope à fluorescence montrent des nanofeuillets peptoïdes flottant librement dans un liquide. Chaque feuille peptoïde n'a que deux molécules d'épaisseur, mais peut atteindre des centaines de micromètres carrés, un « papier moléculaire » suffisamment grand pour être visible à l'œil nu.
"Nos résultats comblent le fossé entre les biopolymères naturels et leurs homologues synthétiques, qui est un problème fondamental en nanoscience, " a déclaré Ronald Zuckermann, Directeur de l'Installation Nanostructures Biologiques à la Fonderie Moléculaire. « Nous pouvons maintenant traduire les informations de séquence fondamentales des protéines en un polymère non naturel, qui se traduit par un nanomatériau synthétique robuste avec une structure atomiquement définie.
Les éléments constitutifs des polymères peptoïdes sont bon marché, facilement disponible et générer un rendement élevé de produit, offrant un énorme avantage par rapport aux autres techniques de synthèse. Zuckermann, déterminant dans le développement des capacités de synthèse robotique uniques de la fonderie, a travaillé avec son équipe de co-auteurs pour former des bibliothèques de matériaux peptoïdes. Après avoir sélectionné de nombreux candidats, l'équipe a découvert la combinaison unique de blocs de construction polymères qui formaient spontanément des nanofeuillets peptoïdes dans l'eau.
Zuckermann et son coauteur Christian Kisielowski ont réalisé une autre première en utilisant le microscope TEAM 0.5 du National Center for Electron Microscopy (NCEM) pour observer les chaînes polymères individuelles dans le matériau peptoïde, confirmant l'ordre précis de ces chaînes en feuillets et leur stabilité sans précédent tout en étant bombardés d'électrons lors de l'imagerie.
« Le design inspiré de la nature, les polymères fonctionnels pouvant être assemblés en membranes de grandes dimensions latérales marquent un nouveau chapitre pour la synthèse de matériaux avec un impact direct sur les initiatives stratégiquement pertinentes de Berkeley Lab telles que le projet Helios ou Carbon Cycle 2.0, », a déclaré Kisielowski du NCEM. « Les possibilités scientifiques qui accompagnent cette réalisation défient notre imagination, et contribuera également à faire évoluer la microscopie électronique vers l'imagerie directe des matériaux mous.
« Ce nouveau matériau est un exemple remarquable de biomimétisme moléculaire à plusieurs niveaux, et conduira sans aucun doute à de nombreuses applications dans la fabrication de dispositifs, synthèse et imagerie à l'échelle nanométrique, " a ajouté Zuckermann.
Cette recherche est rapportée dans un article intitulé, « Cristaux bidimensionnels ultra-minces flottants à partir de polymères peptoïdes spécifiques à une séquence, " paru dans le journal Matériaux naturels .
