Les matériaux qui s'auto-assemblent et s'autodétruisent une fois leur travail terminé sont très avantageux pour un certain nombre d'applications – en tant que composants dans des systèmes de stockage de données temporaires ou pour des dispositifs médicaux. Par exemple, de tels matériaux pourraient sceller les vaisseaux sanguins pendant la chirurgie et les rouvrir par la suite. Dr Andreas Walther, chef de groupe de recherche au DWI – Leibniz Institute for Interactive Materials à Aix-la-Chapelle, développé un système aqueux qui utilise un point de départ unique pour induire la formation d'auto-assemblage, dont la stabilité est préprogrammée avec une durée de vie avant que le démontage ne se produise sans aucun signal externe supplémentaire - présentant ainsi un mécanisme d'autorégulation artificiel dans des conditions fermées. Leurs résultats sont publiés dans l'article de couverture de cette semaine dans Lettres nano .

Les principes d'inspiration biologique pour la synthèse de matériaux complexes sont l'un des principaux intérêts de recherche d'Andreas Walther. Pour permettre la préparation de très petits, objets élaborés, la nanotechnologie utilise l'auto-assemblage. D'habitude, dans les auto-assemblages artificiels, les interactions moléculaires guident de minuscules blocs de construction pour s'agréger en architectures 3D jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint. Cependant, la nature va plus loin et empêche certains processus d'atteindre l'équilibre. Le montage rivalise avec le démontage, et l'autorégulation se produit. Par exemple, microtubules, composants du cytosquelette, croître continuellement, rétrécir et réorganiser. Une fois qu'ils n'ont plus de carburant biologique, ils vont se démonter.

Cela a motivé Andreas Walther et son équipe à développer une solution aqueuse, systeme ferme, où l'équilibre précis entre réaction d'assemblage et activation programmée de la réaction de dégradation contrôle la durée de vie des matériaux. Une seule injection de démarrage initie l'ensemble du processus, ce qui distingue cette nouvelle approche des systèmes réactifs actuels qui nécessitent toujours un second signal pour déclencher le démontage.

L'approche utilise des changements de pH pour contrôler le processus. Les scientifiques appuient sur le bouton de démarrage en ajoutant une base et un désactivateur dormant. Ce premier augmente rapidement le pH et les blocs de construction - copolymères à blocs, nanoparticules ou peptides – puis s'assemblent en une structure tridimensionnelle. À la fois, le changement de pH stimule le désactivateur dormant. Le doctorant Thomas Heuser explique :« Le désactivateur dormant s'active lentement et déclenche un interrupteur. Mais il faut un certain temps avant que l'interrupteur ne déploie tout son potentiel. Selon la structure moléculaire du désactivateur, cela peut prendre quelques minutes, heures ou une journée entière. Jusque là, les nanostructures auto-assemblées restent stables."

Actuellement, une réaction hydrolytique est utilisée pour activer le désactivateur dormant. Cependant, Andreas Walther et son équipe travaillent déjà sur des versions plus sophistiquées, qui incluent une réaction enzymatique pour démarrer lentement le mécanisme d'autodestruction.