(PhysOrg.com) - Tout comme les cils qui tapissent les poumons aident à garder les passages dégagés en déplaçant les particules le long des pointes des minuscules structures capillaires, les poils minuscules artificiels connus sous le nom de nano-brosses peuvent aider à réduire la friction le long des surfaces au niveau moléculaire, entre autres.

Dans leur dernière série d'expériences, Les ingénieurs de l'Université Duke ont développé une nouvelle approche pour synthétiser ces nano-brosses, ce qui pourrait améliorer leur polyvalence à l'avenir. Ces brosses en polymère sont actuellement utilisées dans des capteurs biologiques et des dispositifs microscopiques, tels que les microporte-à-faux, et ils joueront un rôle important dans la future tendance à la miniaturisation, les chercheurs ont dit.

Les nano-brosses sont généralement constituées de molécules de polymère cultivées sur des surfaces planes avec des brins de molécules poussant et sortant d'une surface, un peu comme des poils sur une brosse. Les polymères sont de grosses molécules artificielles omniprésentes dans la fabrication de produits de tous les jours.

Comme les gardiens de vergers microscopiques, les scientifiques de Duke ont greffé des faisceaux de « membres » en polymère sur des surfaces planes appelées substrats, déjà recouvert de poils de brosse. Dans leur approche, deux brosses différentes peuvent être jointes et modelées à l'échelle microscopique. Parce que les « membres » peuvent être constitués d'une substance différente de celle du substrat, les scientifiques pensent que ces nano-structures sont capables de modifier de manière significative les propriétés d'une surface donnée.

Pour fabriquer une telle nano-brosse, les scientifiques ajoutent un produit chimique connu sous le nom d'initiateur à la surface plane, qui stimule la croissance des brins.

« L'un des moyens les plus courants de faire pousser des pinceaux ressemble beaucoup à une imprimante matricielle, un initiateur étant l'encre « imprimée » sur un substrat inorganique, telle qu'une plaquette de silicium ou une surface d'or, ce qui fait ensuite pousser les poils de la brosse selon des motifs spécifiés, " a déclaré Stefan Zauscher, Alfred M. Hunt Faculty Scholar et professeur agrégé de génie mécanique et de science des matériaux à la Duke's Pratt School of Engineering.

"Dans notre approche de modelage, nous sommes désormais également en mesure d'initier la croissance de brosses polymères sur des substrats de brosses existants et d'obtenir ainsi des brosses en copolymère séquencé à motifs, tout comme les greffes, sur des substrats polymériques, ", a déclaré Zauscher. « La possibilité de créer des structures de brosse plus complexes offre la possibilité de les utiliser dans des applications biomédicales en tant que capteurs pour la détection de protéines ou de glucose. »

Les résultats des expériences de son équipe ont été publiés en ligne dans la revue Petit . La recherche est soutenue par la National Science Foundation.

Zauscher a déclaré que cette nouvelle approche pourrait être facilement étendue à de nombreux autres types de polymères, et pour faire des couches simples ou doubles de pinceaux. Ces nano-brosses, il a dit, aurait de nombreuses utilisations potentielles, et ouvrirait les possibilités de construire des architectures polymères plus compliquées, qui sont très demandées pour les technologies actuelles et futures.

Dans des recherches récentes, publié précédemment dans la revue Advanced Materials, Zauscher a montré que les nano-brosses sensibles aux stimuli ressemblent et agissent comme des anémones de mer, qui ont une multitude de bras s'élevant à partir d'une base attachée. De la même manière que ces animaux marins, les nano-brosses peuvent être utilisées pour capturer et libérer des microparticules lorsqu'elles se déplacent sur une surface.

"Ces microstructures ont une utilisation potentielle dans les systèmes microfluidiques - tels que les laboratoires sur puce - pour capturer et libérer des particules à des emplacements prédéfinis, un peu comme les anémones de mer capturent leur proie et la guident jusqu'à leur bouche, ", a déclaré Zauscher.

Les autres membres de Duke de l'équipe sont Tao Chen et Debby Chang.