L'auto-assemblage est l'organisation spontanée de blocs de construction en structures ou en modèles à partir d'un état désordonné. Des exemples quotidiens incluent la congélation de liquides ou la cristallisation de sels. Ces processus d'auto-assemblage se produisent également dans de nombreux systèmes biologiques, tels que le repliement des protéines ou la formation d'hélices d'ADN, et l'étude de ces processus d'auto-assemblage suscite un intérêt accru. Le chercheur Patrick Hage a créé une nouvelle classe de microparticules auto-assemblées qui réagissent à la température et à la lumière, ce qui permet un contrôle précis de leur assemblage en structures.

Les particules colloïdales, dont la taille varie de quelques nanomètres à quelques micromètres, sont souvent utilisées pour étudier les processus d'auto-assemblage. En raison de leur petite taille, les forces gravitationnelles ont une influence minimale sur leur mouvement. En conséquence, ces particules ont tendance à se déplacer de manière aléatoire tout en interagissant les unes avec les autres.

"Malgré leur petite taille, ces particules colloïdales peuvent être imagées à l'aide de techniques de microscopie conventionnelles", note Patrick Hage, ancien Ph.D. chercheur et maintenant postdoctorant dans le groupe Self-Organizing Soft Matter. "La disposition de ces matériaux sur cette échelle de longueur peut donner lieu à des matériaux dotés de nouvelles propriétés mécaniques et optiques. Un exemple naturel de "superstructure" colloïdale aux propriétés optiques uniques est une opale, composée de cristaux de petites sphères de silice. Contrôle des superstructures pourrait conduire à de nouveaux matériaux pour les cristaux photoniques, les revêtements et les capteurs."

Importance du contrôle

Pour créer des matériaux colloïdaux réactifs et reconfigurables, il est très important de contrôler les interactions entre les particules et de pouvoir moduler ces interactions à l'aide d'invites externes.

Une façon d'aider à moduler les interactions est via la fonctionnalisation de surface, où de petits brins d'ADN unique sont attachés à la surface des particules. Tout comme vous le trouveriez dans le noyau d'une cellule du corps humain, ces brins d'ADN se lient les uns aux autres pour former une hélice d'ADN.

"C'est la formation de ces hélices d'ADN qui maintient les particules ensemble", explique Hage. "Les particules avec de l'ADN à leur surface peuvent être modulées en utilisant la température comme déclencheur. Cela contrôle la façon dont les particules interagissent les unes avec les autres et conduit à des structures compliquées telles que des cristaux colloïdaux."

Plusieurs déclencheurs

L'objectif du doctorat de Hage. La recherche consistait à développer un système qui réagit à plusieurs déclencheurs, la lumière et la température dans ce cas. "L'utilisation de plusieurs déclencheurs permet de contrôler la croissance des structures dans l'espace et dans le temps."

Hage y est parvenu en ajoutant une molécule sensible à la lumière aux brins d'ADN responsables de l'assemblage colloïdal. Cela a entraîné des interactions de particules qui réagissaient à la fois à la lumière et à la température. La combinaison de ces particules avec un microscope à fluorescence, une chambre chauffante et un dispositif à micromiroir numérique a permis la visualisation des particules tout en offrant simultanément un contrôle précis de la température et la possibilité d'appliquer de la lumière avec des motifs spécifiques sur l'échantillon.

"J'ai créé une configuration qui permet l'imagerie de la formation de superstructures (par exemple, des cristaux) à des températures spécifiques, tout en acquérant la capacité de modifier ou de supprimer des structures indésirables en appliquant des modèles de lumière locaux", explique Hage. "Dans les processus futurs, ce double contrôle pourrait être utilisé pour fabriquer des structures auto-assemblées pour une variété d'applications telles que des capteurs avancés ou des cristaux photoniques pour des dispositifs photoniques."

Hage va maintenant poursuivre les travaux de son doctorat. dans le cadre d'un post-doc de 4 mois dans le même groupe. "Je suis impatient de travailler davantage sur l'optimisation du système, puis de transférer les connaissances aux autres membres du groupe." + Explorer plus loin

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