De nombreux peptides et protéines ont une capacité innée à s'assembler en de longs, fibres minces appelées fibrilles et autres formes. Maintenant, les chercheurs ont trouvé un moyen d'exploiter cette propriété pour créer des structures tubulaires de diphénylalanine qui ont la capacité de convertir l'énergie thermique en énergie électrique, aussi appelé effet pyroélectrique. leurs résultats, publié cette semaine dans Lettres de physique appliquée , rapportent que ces polymères nanométriques, qui sont biocompatibles, pourrait avoir un large éventail d'applications biologiques telles que des échafaudages de délivrance de médicaments ou des capteurs implantables miniatures.

L'équipe de chercheurs de l'Université technique d'Istanbul en Turquie, l'Université d'Aveiro au Portugal, et l'Université fédérale de l'Oural en Russie s'appuyaient sur la diphénylalanine, un matériau qu'ils ont déjà étudié pour ses propriétés électromécaniques et physiques uniques. Lorsque des gouttes d'une solution de diphénylalanine sont séchées, les monomères peptidiques forment des tubes creux allongés dont la structure est similaire aux fibres insolubles formées par le peptide Aβ-amyloïde dans la maladie d'Alzheimer.

"La diphénylalanine est l'un des premiers matériaux organiques auto-assemblants pouvant être utilisé pour fabriquer des tubes microscopiques, tiges, rubans, sphères et plus, " a déclaré Andreï Kholkin, auteur correspondant de l'étude. "En présence d'eau, ses groupes chimiques s'auto-organisent pour former des liaisons non covalentes et forment une rigidité étonnante, structures de type cytosquelette."

L'équipe de chercheurs a séché une solution peptidique standard pendant une journée à température ambiante pour permettre à la diphénylalanine de s'assembler en structures de microtubes, avec des tubes individuels jusqu'à 1 millimètre de long et 1 à 3 micromètres de large de diamètre. Pour augmenter le courant produit par les structures, le groupe a créé des faisceaux de plusieurs microtubes et les a placés entre des électrodes-aiguilles pour mesurer les propriétés des structures.

Ils ont chauffé les structures périodiquement avec un laser, changé la température pour atteindre environ 80 degrés C puis calculé le coefficient pyroélectrique, qui est une mesure de l'efficacité avec laquelle un matériau peut convertir la chaleur en énergie électrique. Bien que la capacité pyroélectrique des microtubes ait été initialement variable, une fois chauffée et refroidie, le coefficient a diminué d'environ 30 pour cent - ils sont restés stables après le premier chauffage. Le changement peut être dû au fait que le chauffage a désordonné les molécules d'eau dans les tubes creux, suggèrent les auteurs.

"C'est la première observation d'un effet pyroélectrique significatif dans les microtubes peptidiques similaire à ce qui est observé avec des matériaux semi-conducteurs tels que l'oxyde de zinc ou le nitrure d'aluminium, " dit Kholkin. " En principe, nos nanotubes peptidiques peuvent être utilisés de la même manière que ces matériaux pour diverses applications."

Dans les études précédentes, le groupe a démontré que ces nanotubes ont des effets piézoélectriques, c'est-à-dire ils convertissent les forces mécaniques en signaux électriques et pourraient être utilisés comme capteurs pour les stimulateurs cardiaques ou d'autres appareils électroniques à petite échelle.

Les propriétés pyroélectriques récemment découvertes élargiront les utilisations potentielles des microtubes de diphénylalanine, selon Kholkin. Par exemple, les structures pourraient être utilisées pour créer des récupérateurs d'énergie thermique à petite échelle, qui pourrait récupérer l'énergie perdue dans les dispositifs microélectroniques. En outre, leurs propriétés pyroélectriques pourraient être utilisées pour concevoir des thermomètres à micro-échelle et à nano-échelle qui détectent les variations de température, plutôt que la température absolue d'une cellule.

"Parce que ces tubes peuvent générer de l'électricité sous des changements de température et de mouvement, ils peuvent être utilisés pour stimuler et surveiller les cellules vivantes, ", a déclaré Kholkin.