Scientifiques des matériaux, dirigé par une équipe du Pacific Northwest National Laboratory du ministère de l'Énergie, conçu un petit tube qui s'enroule et se ferme à glissière.

Ces nanotubes creux sont des milliers de fois plus petits qu'un cheveu humain et pourraient aider à la filtration de l'eau, l'ingénierie tissulaire et de nombreuses autres applications.

Les tubes ont été inspirés par des structures protéiques appelées microtubules qui résident dans les cellules, selon Chun-Long Chen du PNNL.

"La structure de la cellule est si belle, " dit Chen, un chimiste des matériaux qui a conçu et dirigé le projet. "Nous voulions créer un système synthétique qui imite la structure des microtubules et qui soit suffisamment stable pour une variété d'applications techniques."

Chen, ses collègues du PNNL et leurs collaborateurs ont publié leurs conclusions cette semaine dans Communication Nature .

Imiter les microtubules

Les microtubules sont de minuscules tubes creux qui aident à garder l'ADN organisé pendant la division cellulaire et forment des autoroutes pour faire circuler le contenu dans la cellule.

Ces routes cellulaires sont composées de longues chaînes de protéines qui s'assemblent en un mais creux, tube. Les microtubules ont une structure uniforme mais dynamique, et ils inspirent des scientifiques comme Chen.

Le groupe de Chen espère utiliser de minuscules tubes creux comme des microtubules pour créer un système de filtration d'eau robuste qui capterait le sel ou d'autres molécules à l'intérieur et laisserait l'eau pure s'échapper par l'autre extrémité. En outre, ils veulent surveiller comment les cellules souches s'adaptent à différents environnements en étudiant comment les cellules changent pendant qu'elles se développent sur ces tubes.

Mais les chercheurs ne peuvent pas utiliser eux-mêmes les microtubules pour ces projets. Les microtubules peuvent être rigides et réactifs, mais ils sont également sensibles aux changements de température et aux microbes.

Par exemple, "si nous voulons utiliser des microtubules pour la filtration de l'eau, vous ne voulez pas avoir un filtre qui peut être mangé par des bactéries, " dit Chen.

L'équipe a donc entrepris de créer une version synthétique des microtubules en utilisant des molécules de type protéine appelées peptoïdes. Comme les protéines, les peptoïdes sont composés d'un motif répétitif de blocs de construction avec de légères variations, mais les peptoïdes sont plus stables.

Ces nouveaux nanotubes se forment de manière unique. D'abord, de petites particules peptoïdes se rassemblent pour former une feuille. Ensuite, la feuille se ferme à une extrémité et s'enroule dans un tube sans soudure.

Boîte à outils nano

Pour caractériser les nanotubes, les scientifiques ont utilisé diverses techniques, dont certains à l'Advanced Light Source et à la Molecular Foundry, deux installations d'utilisateurs du DOE Office of Science au Lawrence Berkeley National Laboratory.

Chen et son équipe ont découvert que ces nanotubes sont hautement personnalisables. Le groupe pouvait contrôler la taille d'un tube, diamètre, épaisseur et rigidité en ajustant la composition du tube ou en modifiant l'acidité de la solution.

Pour tester la rigidité des nanotubes, L'équipe de Chen a mis la pression sur des nanotubes individuels et mesuré comment ils changeaient de forme. Les tubes ont une rigidité qui se situe entre le tissu biologique et des substances plus dures comme le verre et le mica, lequel, dit Chen, est idéal pour les types d'expériences qu'il espère faire.

Mais Chen ne veut pas s'arrêter là. Pour lui, le but est de créer quelque chose qui imite la nature dans sa structure et sa fonction.

"La nature nous a offert toutes sortes de beaux exemples, " a-t-il dit. " Les poissons peuvent prendre de l'eau de la mer sans avoir à se soucier des conditions de sel élevé. Si nous pouvions imiter ce comportement en construisant des membranes cellulaires artificielles contenant ces nanotubes, nous pourrions résoudre certains des grands problèmes auxquels notre monde est confronté aujourd'hui."