Représentation d'artiste d'une vésicule de copolymère séquencé avec des porines de nanotubes de carbone incrustées dans ses parois. La vésicule séquestre une grande enzyme, peroxydase de raifort. L'image montre également des molécules de luminol voyageant à travers les porines des nanotubes de carbone jusqu'à l'intérieur de la vésicule où la réaction enzymatique avec la peroxydase de raifort produit une chimiluminescence. Crédit :Ella Maru Studios
Les membranes cellulaires sont l'exemple idéal d'un système multifonctionnel, accordable, précis et efficace.
Les efforts pour imiter ces merveilles biologiques n'ont pas toujours été couronnés de succès. Cependant, Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont créé des membranes à base de polymère avec des pores de nanotubes de carbone de 1,5 nanomètre qui imitent l'architecture des membranes cellulaires. La recherche apparaît sur la couverture du journal Matériaux avancés .
Les nanotubes de carbone ont des propriétés de transport uniques qui peuvent profiter à plusieurs industriels modernes, processus environnementaux et biomédicaux - du traitement de l'eau à grande échelle et du dessalement de l'eau à la dialyse rénale, filtration stérile et fabrication pharmaceutique.
S'inspirant de la biologie, les chercheurs ont recherché des membranes synthétiques robustes et évolutives qui incorporent ou émulent intrinsèquement des unités de transport biologique fonctionnelles. Des études récentes ont démontré une incorporation réussie de la bicouche lipidique de nanopores à base de peptides, Cages à membrane 3D et nanopores d'origami d'ADN de grande taille et même complexes.
Cependant, Les scientifiques du LLNL sont allés encore plus loin et ont combiné des membranes synthétiques en bloc-copolymère robustes avec une autre technologie développée par le LLNL :des nanopores membranaires artificiels à base de porines de nanotubes de carbone (CNTP), qui sont de courts segments de nanotubes de carbone à paroi unique qui forment des pores à l'échelle nanométrique avec des parois hydrophobes atomiquement lisses qui peuvent transporter des protons, eau et macromolécules, y compris l'ADN.
"Les CNTP sont uniques parmi les nanopores biomimétiques car les nanotubes de carbone sont robustes et hautement résistants aux produits chimiques, qui les rendent aptes à une utilisation dans une plus large gamme de procédés de séparation, y compris ceux nécessitant des environnements difficiles, " a déclaré Alex Noy, un scientifique des matériaux LLNL et auteur principal de l'article.
L'équipe a intégré des canaux CNTP dans des membranes polymères, imiter la structure, architecture et fonctionnalité de base des membranes biologiques dans une architecture entièrement synthétique. Les mesures du transport des protons et de l'eau ont montré que les porines des nanotubes de carbone conservent leur haute perméabilité dans l'environnement de la membrane polymère. Les scientifiques ont démontré que les CNTP incorporés dans les polymersomes (une classe de vésicules artificielles, minuscules sphères creuses qui enferment une solution) peuvent fonctionner comme des conduits moléculaires qui font la navette des réactifs à petites molécules entre les compartiments vésiculaires.
"Ce développement ouvre de nouvelles opportunités pour la livraison de réactifs moléculaires aux compartiments vésiculaires pour initier des réactions chimiques confinées et imiter les comportements sophistiqués de transport des systèmes biologiques, " a déclaré Jeremy Sanborn, un Lawrence Scholar à LLNL et le premier auteur sur le papier.
