Utiliser l’ADN comme colle pour maintenir les nanostructures ensemble et construire des métamatériaux cristallins colloïdaux ultra-résistants

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Schéma de réseaux imprimés en 3D et assemblés par ADN. (A ) Schéma montrant la taille globale d'une structure métallique typique issue de la fabrication additive (à gauche, taille des blocs de construction : > 1 000 nm) par rapport aux réseaux de ce travail (à droite, taille des blocs de construction :~ 100 nm, épaisseur NF :~ 15 nm) . (B ) Schéma montrant la structure cubique simple assemblée à partir de NF cubiques tronquées (taille des blocs de construction :~ 100 nm). (C ) Schéma montrant les connexions ADN entre les éléments constitutifs. Crédit :*Progrès scientifiques* (2023). DOI :10.1126/sciadv.adj8103

Une équipe d'ingénieurs chimistes et biologiques travaillant avec un groupe de nanotechnologues de l'Université Northwestern dans l'Illinois a développé un type de métamatériau cristallin colloïdal ultra-résistant en collant ensemble des nanostructures métalliques à l'aide de brins d'ADN.

Dans leur article publié dans la revue Science Advances , le groupe décrit comment ils ont développé leur technique et les utilisations possibles des types de produits qu'ils ont fabriqués.

Des recherches antérieures ont montré que de très petits métamatériaux peuvent être utilisés dans une grande variété d'applications. Dans ce nouvel effort, l’équipe de recherche a franchi une nouvelle étape dans cette recherche en construisant des métamatériaux encore plus petits, ceux à l’échelle nanométrique. Pour accomplir cet exploit, ils ont commencé par construire des nanoparticules métalliques de formes variées :certaines étaient des carrés pleins, d’autres des carrés creux. De plus, certains avaient des coins aplatis, tandis que d'autres étaient fabriqués avec un matériau formant uniquement les bords d'un cube.

Ensuite, l’équipe a synthétisé des brins d’ADN puis les a appliqués, comme de la colle provenant d’un pistolet à colle, sur les bords et/ou les côtés de paires de nanoparticules, pour les maintenir ensemble. L'ADN a servi de colle, permettant aux chercheurs de créer des métamatériaux cristallins colloïdaux dans pratiquement n'importe quelle forme souhaitée en collant plusieurs nanoparticules ensemble, de nature quelque peu similaire aux structures de blocs Lego. En créant différentes formes, l'équipe a découvert qu'elle pouvait également créer des métamatériaux avec des propriétés différentes.

En testant certaines des propriétés des métamatériaux qu’ils ont créés, ils ont découvert qu’ils pouvaient en fabriquer qui étaient ultra-résistants et extrêmement rigides. Ils ont constaté, par exemple, que certains d’entre eux étaient plus résistants que des matériaux similaires à base de nickel. Ils ont également découvert que beaucoup d'entre eux pouvaient également conserver leur forme lorsqu'ils étaient exposés à des pressions extrêmes, une caractéristique qui pourrait s'avérer utile dans la fabrication de produits destinés à être utilisés dans des applications spatiales.

L’équipe de recherche a également découvert qu’en ajustant la quantité d’ADN et la manière dont elle était appliquée, elle pouvait contrôler les interactions entre les éléments constitutifs des métamatériaux – un attribut, notent-ils, qui pourrait conduire au développement de nouveaux ou meilleurs types de métamatériaux. appareils électroniques, en particulier ceux utilisés dans les applications médicales. Parce que de tels matériaux seraient plus légers que ceux actuellement utilisés, ils seraient plus efficaces.

Plus d'informations : Yuanwei Li et al, Métamatériaux cristallins colloïdaux ultra-résistants conçus avec de l'ADN, Science Advances (2023). DOI :10.1126/sciadv.adj8103

Informations sur le journal : Progrès scientifiques