Des chercheurs du Centre de recherche pour les sciences et technologies avancées et de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo ont utilisé une nouvelle simulation informatique pour modéliser l'auto-organisation électrostatique des nanoparticules zwitterioniques, qui sont utiles pour l'administration de médicaments. Ils ont découvert que l'inclusion de fluctuations de charge transitoires augmentait considérablement la précision, ce qui pourrait contribuer au développement de nouveaux nanomatériaux intelligents à assemblage automatique.

Dans la mythologie romaine antique, Janus était le dieu des débuts et des fins. Sa double nature se reflétait souvent dans sa représentation à deux visages. Il prête également son nom aux particules dites Janus, qui sont des nanoparticules qui contiennent deux ou plusieurs propriétés physiques ou chimiques distinctes à leur surface. Une solution prometteuse "à deux faces" utilise des particules zwitterioniques, qui sont des sphères avec un côté chargé positivement et un côté chargé négativement. Les chercheurs espèrent créer des structures auto-organisées, qui peuvent être activées par des changements dans la concentration en sel ou le pH d'une solution. Cependant, ce type d'ingénierie "ascendante" nécessite des simulations informatiques plus précises à mettre en œuvre.

Maintenant, une équipe de chercheurs du Centre de recherche pour les sciences et technologies avancées et de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo a créé un nouveau modèle informatique qui intègre les fluctuations transitoires dans les distributions de changement à la surface des particules qui peuvent donner lieu à à une plus grande variété de structures, par rapport aux logiciels actuels. "La simulation de la dissociation ou de l'association dynamique des groupes d'ionisation est intrinsèquement plus difficile et doit être itérée à plusieurs reprises jusqu'à ce que des résultats cohérents soient obtenus", déclare le premier auteur Jiaxing Yuan.

Les chercheurs ont montré que la méthode précédente consistant à supposer que chacune des particules porte une charge constante peut donner des résultats inexacts. Pour simuler la transition possible vers des amas compacts, au lieu de produire exclusivement des brins allongés, l'ordinateur devait inclure des fluctuations de courte durée de la charge de surface. Ces différences sont particulièrement visibles à faible concentration en sel et à haute force de couplage électrostatique.

Dans les organismes vivants, les protéines se replient en formes très spécifiques basées en grande partie sur l'attraction entre les régions chargées positivement et négativement. À l'avenir, des particules conçues artificiellement pourraient être capables de s'auto-assembler lorsqu'elles sont déclenchées par un changement de conditions. "Avec les particules zwitterioniques, nous espérons créer des matériaux fonctionnels aux propriétés ajustables, similaires à l'auto-organisation des protéines chargées", déclare l'auteur principal Hajime Tanaka.

La recherche a été publiée dans Physical Review Letters . + Explorer plus loin

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