Cette micrographie optique de la jonction des microcanaux avec un flux de colorant rouge focalisé dans l'eau montre les conditions expérimentales utilisées pour l'assemblage des nanostructures. Crédit :Université de l'Illinois
(Phys.org) — Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont développé une nouvelle approche avec des applications dans le développement de matériaux pour la capture et le stockage d'énergie et pour les matériaux optoélectroniques.
Selon Charles Schroeder, professeur adjoint au Département de génie chimique et biomoléculaire, les résultats montrent que les matériaux précurseurs peptidiques peuvent être alignés et orientés lors de leur assemblage en polypeptides en utilisant des flux adaptés dans des dispositifs microfluidiques.
La recherche était une collaboration entre les laboratoires de Schroeder et William Wilson, professeur de recherche en science et ingénierie des matériaux et au laboratoire de recherche sur les matériaux Frederick Seitz de l'Illinois. Leurs conclusions ont été publiées dans un article intitulé, "Assemblage dirigé par fluide d'oligopeptides alignés avec des noyaux pi-conjugués, " dans le numéro d'août 2013 de Matériaux avancés .
"Un grand défi dans le domaine de la science des matériaux est la capacité de diriger l'assemblage de matériaux avancés pour la fonctionnalité souhaitée, " dit Amanda Marciel, un étudiant diplômé du laboratoire de Schroeder et l'un des auteurs de l'article. "Toutefois, la conception de nouveaux matériaux est souvent entravée par notre incapacité à contrôler la complexité structurelle des polymères synthétiques.
« Pour répondre au besoin de traitement contrôlé des matériaux fonctionnels, nous avons développé une plateforme microfluidique pour piloter l'assemblage d'oligopeptides synthétiques, " expliqua Marciel. " A l'aide d'un appareil microfluidique, nous avons assemblé DFAA et DFAG en nanostructures unidimensionnelles à l'aide d'un flux d'extension planaire généré dans une géométrie à fentes croisées."
Cette image montre l'assemblage et le désassemblage réversibles de nanostructures oligopeptidiques synthétiques. Crédit :Université de l'Illinois
La dynamique du processus d'assemblage peut être suivie en temps réel en utilisant la microscopie et la spectroscopie à fluorescence.
"La nanostructure assemblée est spectralement distincte du monomère oligopeptidique synthétique, qui peut être utilisé pour suivre la dynamique de formation des nanostructures, " a ajouté Marciel. " Grâce à un contrôle hydrodynamique précis de la plate-forme microfluidique, les chercheurs ont démontré la formation de plusieurs nanostructures oligopeptidiques synthétiques alignées en parallèle et leur désassemblage ultérieur. En modulant les débits volumétriques dans l'appareil, ils ont pu manipuler la position de l'interface fluide-fluide à la jonction des microcanaux.
Au cours de ce processus, les nanostructures initialement formées à l'interface laminaire réactive sont immergées dans le courant acide avançant, préservant ainsi l'intégrité des nanostructures préformées tout en amorçant la formation d'une nanostructure alignée à la nouvelle position d'interface.
"Notre approche a le potentiel de permettre une fabrication reproductible et fiable de matériaux avancés." dit Marcel. « La réalisation d'un ordre à l'échelle nanométrique dans les matériaux assemblés est devenue l'objectif principal des efforts récents dans le domaine. Ces approches conduiront finalement à la morphologie souhaitée dans les matériaux fonctionnels, ce qui améliorera leur capacité à capter et à stocker l'énergie."
L'objectif ultime de l'équipe est d'assembler l'équivalent organique des matériaux semi-conducteurs typiques.
« Cela ouvrirait la porte à des développements de matériaux avec application aux dispositifs photovoltaïques, éclairage à semi-conducteurs, récupération d'énergie, et procédés catalytiques, " elle a dit.
