Placez deux grands, bûches solides dans le lit d'un cours d'eau, et ils aideront à guider l'eau dans une direction particulière. Mais imaginez si l'eau commençait à imiter la rigidité des bûches en plus de couler le long d'elles. C'est essentiellement ce qui se passe dans une méthode d'assemblage dirigé développée par Marilyn Minus, professeur adjoint au département de génie mécanique et industriel de Northeastern.

Au lieu de journaux, Minus utilise de minuscules nanotubes de carbone et son « eau » peut être à peu près n'importe quel type de solution de polymère. Jusque là, elle a utilisé l'approche pour développer un matériau composite polymère qui est plus solide que le Kevlar mais beaucoup moins cher et plus léger. Dans ce cas, le polymère suit non seulement la direction des billes de nanotubes, mais imite également leurs propriétés exceptionnellement fortes.

Avec le financement d'un nouveau prix CAREER de la National Science Foundation, Minus étend maintenant ce travail pour incorporer plus de classes de polymères :matériaux ignifuges et molécules biologiques.

"Avec les retardateurs de flamme, nous voulons que le polymère à haute température et le nanotube interagissent, n'agissent pas nécessairement comme les nanotubes, " dit Minus. Essentiellement, elle veut que les deux matériaux « communiquent » en faisant passer de la chaleur entre eux, augmentant ainsi le seuil de température des retardateurs de flamme et leur permettant de durer encore plus longtemps. "Le nanomatériau peut capter cette chaleur et l'évacuer, et cela évite essentiellement à ce polymère de brûler trop rapidement, " a-t-elle expliqué. " Le polymère que nous utilisons peut déjà résister à des températures assez élevées; nous allons encore plus loin."

Dans le cas du collagène, la première molécule biologique à laquelle Minus a appliqué sa méthode, Minus espère que l'approche permettra aux nanotubes de conférer leur rigidité au système. A l'intérieur du corps, les molécules de collagène s'organisent en une matrice complexe qui soutient la structure de chacune de nos cellules. Mais hors du corps, les chercheurs ont eu des défis majeurs à essayer de recréer de manière fiable cette matrice.

Si les scientifiques pouvaient faire fonctionner le collagène à l'extérieur du corps de la même manière qu'il le fait à l'intérieur, il pourrait fournir une plate-forme inestimable pour tester des médicaments, comprendre le fonctionnement des tissus, et même faire la lumière sur les origines de diverses maladies, dit Minus.

Sur la base de ses recherches antérieures, elle a découvert que la clé du succès de cette approche est de faire correspondre la taille et la géométrie des nanoparticules de carbone qu'elle utilise avec celles du polymère en question. Par exemple, les molécules de collagène mesurent environ 300 nanomètres de long et 1,5 nanomètre de diamètre, elle voudra donc trouver un nanotube qui correspond à peu près à ces dimensions. Elle voudra également utiliser des nanotubes pour cette application plutôt que les autres formes carbonées dont elle dispose :graphène, graphite, fullerènes, ou encore de petites particules de nanocarbone, chacune offrant une structure unique.

"On essaie de changer l'entropie du système pour que les polymères s'organisent autour des nanomatériaux, " dit Minus. " Alors tu devrais pouvoir obtenir cet effet. "