Le professeur Shuichi Hiraoka de l'Université de Tokyo a créé pour la première fois un nanocube à auto-assemblage en 2008 et s'est efforcé depuis d'améliorer la solubilité et la stabilité de la température. Le nanocube d'hexaphénylbenzène auto-assemblant actuel est soluble dans l'eau et stable jusqu'à 130 degrés Celsius (266 degrés Fahrenheit). La publication la plus récente de son équipe de recherche a identifié le rôle des forces moléculaires faibles dans le maintien de la boîte ensemble. Crédit :Shuichi Hiraoka CC-BY-ND. Publié à l'origine dans Taureau. Chem. Soc. Japon . 2018, 91, 957-978 | doi:10.1246/bcsj.20180008.
Les chercheurs ont identifié les forces moléculaires faibles qui maintiennent ensemble un minuscule, boîte à monter soi-même avec de puissantes possibilités. L'étude démontre une application pratique d'une force commune dans les systèmes biologiques et fait progresser la poursuite de la vie chimique artificielle.
"Je veux comprendre les systèmes d'auto-assemblage, qui sont indispensables à la vie. Construire des cubes artificiels auto-assemblés nous aide à comprendre le fonctionnement des systèmes biologiques, " a déclaré le professeur Shuichi Hiraoka, responsable du laboratoire de la Graduate School of Arts and Sciences de l'Université de Tokyo où les boîtes ont été conçues, construit, et analysé.
La formation d'ADN et de protéines sont des exemples biologiques d'auto-assemblage, mais les forces ou les processus contrôlant la façon dont ces molécules naturelles se réunissent restent également indéfinis. Les recherches menées par l'équipe d'Hiraoka contribuent à la compréhension chimique de la façon dont les molécules naturelles pourraient s'auto-assembler et révèlent des techniques pour imiter ces processus à l'avenir.
Hiraoka et son équipe ont identifié les forces qui maintiennent ensemble les côtés de leurs minuscules boîtes comme étant les forces de van der Waals, principalement des forces de dispersion. Ces forces sont de faibles attractions entre les molécules créées lorsque les électrons se regroupent temporairement d'un côté d'un atome. Les geckos peuvent gravir les murs en partie à cause des forces de van der Waals.
Le nanocube est construit avec des molécules d'hexaphénylbenzène d'environ 2 nanomètres de diamètre, mais le cube peut se dilater ou se contracter pour s'adapter au mieux aux molécules hôtes en fonction de leur taille, forme, et la charge atomique. Crédit :Shuichi Hiraoka CC-BY-ND.
Chaque côté du cube est formé d'une molécule de 2 nanomètres de diamètre et en forme de flocon de neige à six pointes. Chaque côté a environ un quatre millième de la taille d'une cellule sanguine humaine. Les faibles forces qui maintiennent les côtés du cube ensemble rendent la boîte légèrement flexible, il s'ajuste donc pour s'adapter au mieux aux molécules invitées en fonction de leur taille, forme, et la charge atomique. La boîte peut être bombée pour contenir un contenu volumineux ou long et se contracter pour éliminer l'espace supplémentaire lors de l'hébergement de molécules invitées avec une ou des charges négatives.
"Nous n'avons pas encore les données, mais la conclusion logique est que les molécules invitées en forme de longue chaîne se replient d'une manière ou d'une autre pour entrer dans la boîte, " dit Hiraoka.
Les chercheurs construisent la petite boîte à partir de molécules d'hexaphénylbenzène. Les molécules individuelles existent sous forme sèche, poudre blanche. Lorsqu'il est mélangé avec de l'eau, les molécules s'auto-assemblent spontanément en cubes.
