L'auto-assemblage de la matière est l'un des principes fondamentaux de la nature, diriger la croissance de systèmes ordonnés et fonctionnels plus grands à partir de blocs de construction plus petits. L'auto-assemblage peut être observé à toutes les échelles de longueur, des molécules aux galaxies. Maintenant, des chercheurs du Centre de nanosciences de l'Université de Jyväskylä et du Centre d'excellence HYBER de l'Université d'Aalto en Finlande rapportent une nouvelle découverte de matériaux auto-assemblants bidimensionnels et tridimensionnels formés par de minuscules nanoclusters d'or de quelques nanomètres seulement dans Taille, chacun ayant 102 atomes d'or et une couche superficielle de 44 molécules de thiol. L'étude, réalisé avec le financement de l'Académie de Finlande et du Conseil européen de la recherche, a été publié dans Angewandte Chemie , l'une des principales revues mondiales de chimie.

La structure atomique du nanocluster d'or de 102 atomes a été résolue pour la première fois par le groupe de Roger D Kornberg à l'Université de Stanford en 2007. Depuis lors, plusieurs autres études de ses propriétés ont été menées au Jyväskylä Nanoscience Centre, où il a également été utilisé pour l'imagerie par microscopie électronique des structures virales. La surface thiol du nanocluster a un grand nombre de groupes acides qui peuvent former des liaisons hydrogène dirigées vers les nanoclusters voisins et initier un auto-assemblage dirigé.

L'auto-assemblage des nanoclusters d'or a eu lieu dans un mélange eau-méthanol et a produit deux superstructures distinctement différentes qui ont été imagées dans un microscope électronique à haute résolution à l'Université Aalto. Dans l'une des structures, des couches bidimensionnelles ordonnées hexagonalement de nanoclusters d'or ont été empilées ensemble, chaque couche n'étant qu'un nanocluster d'épaisseur. Modification des conditions de synthèse, également sphérique en trois dimensions, des structures de capside creuses ont été observées, où l'épaisseur de la paroi de la capside correspond à nouveau à une seule taille de nanocluster (voir figure).

Alors que les détails des mécanismes de formation de ces superstructures justifient d'autres investigations systémiques, les premières observations ouvrent plusieurs nouvelles perspectives sur les nanomatériaux auto-assemblants fabriqués de manière synthétique.

"Aujourd'hui, on connaît plusieurs dizaines de types différents de nanoclusters d'or atomistiquement précis, et je crois qu'ils peuvent présenter une grande variété de modèles de croissance auto-assemblés qui pourraient produire une gamme de nouveaux méta-matériaux, " a déclaré le professeur de l'Académie Hannu Häkkinen, qui a coordonné la recherche au Centre des nanosciences. « En biologie, des exemples typiques de systèmes fonctionnels auto-assemblés sont les virus et les vésicules. Les structures biologiques auto-assemblées peuvent également être désassemblées par de légers changements dans les conditions biochimiques environnantes. Il sera très intéressant de voir si ces matériaux à base d'or peuvent être désassemblés puis réassemblés en différentes structures en modifiant quelque chose dans la chimie du solvant environnant. »

« Les nanofeuilles bidimensionnelles autonomes offriront des opportunités vers des matériaux fonctionnels de nouvelle génération, et les capsides creuses ouvriront la voie à des matériaux d'armature colloïdaux très légers, " Le chercheur postdoctoral Nonappa (Université Aalto) a déclaré.

Le professeur Olli Ikkala de l'Université d'Aalto a déclaré :« Dans un cadre plus large, il est resté comme un grand défi de maîtriser les auto-assemblages à travers toutes les échelles de longueur pour régler les propriétés fonctionnelles des matériaux de manière rationnelle. Jusque là, il a été généralement considéré comme suffisant pour obtenir des distributions de tailles suffisamment étroites des unités structurelles nanométriques constituantes pour obtenir des structures bien définies. Les résultats actuels suggèrent un changement de paradigme pour poursuivre des unités nanométriques strictement définies pour les auto-assemblages. »