En ce qui concerne les différents nanowidgets que les scientifiques développent, les nanotubes sont particulièrement intéressants. C'est parce que les tubes creux qui ont des diamètres de seulement quelques milliardièmes de mètre ont le potentiel d'être incroyablement utiles, de l'administration de médicaments anticancéreux à l'intérieur des cellules au dessalement de l'eau de mer.

Mais construire des nanostructures est difficile. Et créer une grande quantité de nanostructures avec le même trait, tels que des millions de nanotubes de diamètres identiques, est encore plus difficile. Ce type de fabrication de précision est nécessaire pour créer les nanotechnologies de demain.

L'aide pourrait être en route. Tel que rapporté en ligne la semaine du 28 mars dans le journal Actes de l'Académie nationale des sciences , des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du département américain de l'Énergie ont découvert une famille de polymères inspirés de la nature qui, lorsqu'il est placé dans l'eau, s'assemblent spontanément en nanotubes cristallins creux. Quoi de plus, les nanotubes peuvent être accordés pour avoir tous le même diamètre compris entre cinq et dix nanomètres, en fonction de la longueur de la chaîne polymère.

Les polymères ont deux blocs chimiquement distincts qui ont la même taille et la même forme. Les scientifiques ont appris que ces blocs agissent comme des tuiles moléculaires qui forment des anneaux, qui s'empilent pour former des nanotubes jusqu'à 100 nanomètres de long, tous avec le même diamètre.

"Cela indique une nouvelle façon d'utiliser des polymères synthétiques pour créer des nanostructures complexes d'une manière très précise, " dit Ron Zuckermann, qui dirige l'installation de nanostructures biologiques de la fonderie moléculaire de Berkeley Lab, où une grande partie de cette recherche a été menée.

Plusieurs autres scientifiques du Berkeley Lab ont contribué à cette recherche, dont Nitash Balsara de la Division des sciences des matériaux et Ken Downing de la Division de biophysique moléculaire et de bioimagerie intégrée.

« Créer des structures uniformes à haut rendement est un objectif en nanotechnologie, " ajoute Zuckermann. "Par exemple, si vous pouvez contrôler le diamètre des nanotubes, et les groupes chimiques exposés dans leur intérieur, alors vous pouvez contrôler ce qui passe, ce qui pourrait conduire à de nouvelles technologies de filtration et de dessalement, pour ne citer que quelques exemples."

La recherche est la dernière dans l'effort pour construire des nanostructures qui approchent la complexité et la fonction des protéines de la nature, mais sont faits de matériaux durables. Dans ce travail, les scientifiques du Berkeley Lab ont étudié un polymère qui fait partie de la famille des peptoïdes. Les peptoïdes sont des polymères synthétiques robustes qui imitent les peptides, que la nature utilise pour former des protéines. Ils peuvent être réglés à l'échelle atomique pour exécuter des fonctions spécifiques.

Depuis plusieurs années, les scientifiques ont étudié un type particulier de peptoïde, appelé copolypeptoïde dibloc, car il se lie aux ions lithium et pourrait être utilisé comme électrolyte de batterie. Le long du chemin, ils ont découvert par hasard que les composés forment des nanotubes dans l'eau. La forme exacte de ces nanotubes n'a pas encore été déterminée, mais cette dernière recherche éclaire leur structure, et fait allusion à un nouveau principe de conception qui pourrait être utilisé pour construire des nanotubes et d'autres nanostructures complexes.

Les copolypeptoïdes diblocs sont composés de deux blocs peptoïdes, celui qui est hydrophobe celui qui est hydrophile. Les scientifiques ont découvert que les deux blocs se cristallisent lorsqu'ils se rencontrent dans l'eau, et forment des anneaux constitués de deux à trois peptoïdes individuels. Les anneaux forment alors des nanotubes creux.

L'imagerie par microscopie cryoélectronique de 50 des nanotubes a montré que le diamètre de chaque tube est très uniforme sur toute sa longueur, ainsi que de tube en tube. Cette analyse a également révélé un motif rayé sur toute la largeur des nanotubes, qui indique que les anneaux s'empilent pour former des tubes, et exclut d'autres dispositions d'emballage. En outre, on pense que les peptoïdes s'arrangent en forme de brique, avec des blocs hydrophobes s'alignant avec d'autres blocs hydrophobes, et de même pour les blocs hydrophiles.

"Les images des tubes capturées par microscopie électronique étaient essentielles pour établir la présence de cette structure inhabituelle, " dit Balsara. " La formation de structures tubulaires à noyau hydrophobe est courante pour les polymères synthétiques dispersés dans l'eau, nous avons donc été assez surpris de voir la formation de tubes creux sans noyau hydrophobe."

Les analyses de diffusion des rayons X menées sur la ligne de lumière 7.3.3 de la source lumineuse avancée ont révélé encore plus sur la structure des nanotubes. Par exemple, il a montré que l'un des blocs peptoïdes, qui est généralement amorphe, est en fait cristallin.

Remarquablement, les nanotubes s'assemblent sans les aides de nano-construction habituelles, telles que les interactions électrostatiques ou les réseaux de liaisons hydrogène.

"Vous ne vous attendriez pas à ce que quelque chose d'aussi complexe que cela puisse être créé sans ces béquilles, " dit Zuckermann. " Mais il s'avère que les interactions chimiques qui maintiennent les nanotubes ensemble sont très simples. Ce qui est spécial ici, c'est que les deux blocs peptoïdes sont chimiquement distincts, pourtant presque exactement la même taille, ce qui permet aux chaînes de s'entasser de façon très régulière. Ces informations pourraient nous aider à concevoir des nanotubes utiles et d'autres structures robustes et ajustables, et qui ont des structures uniformes."