Un nanomatériau polyvalent et très prometteur, obtenu par auto-assemblage de protéines

Publié par Adrien le 11/01/2022 à 09:00
Source: CEA

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Des chercheurs du CEA-Irig sont parvenus à élaborer un matériau multicouche en nid d'abeilles avec des pores espacés de 8 nm. Cette nouvelle nanostructure facile à doter de fonctions chimiques intéresse aussi bien la biocatalyse, les biocapteurs, le photovoltaïque ou la nanoélectronique.

Comment concevoir des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) innovants en "sculptant" des nanostructures toujours plus fines et aux propriétés inédites ? Tandis que l'approche top-down adoptée en micro-électronique (La micro-électronique est une spécialité du domaine de l'électronique.) (photolithographie) marque le pas avec une finesse de motif voisine de 20 nm, l'auto-assemblage de protéines (bottom-up) apparaît prometteuse mais souffre de plusieurs défauts:
- La nanostructure est pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas...) formée d'une seule couche de protéines (épaisseur de quelques nm seulement).
- Le greffage de molécules reste un défi.

Pour repousser ces limites, des chercheurs de l'Irig ont exploité les propriétés d'une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs...) de Ginkgo biloba (Le Ginkgo biloba ou « arbre aux quarante écus » ou « arbre aux...) (LEAFY) pour construire des structures en nid (Le nid désigne généralement la structure construite par les oiseaux pour contenir...) d'abeilles. Leurs pores ont un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) de 5 nm et sont espacés de 8 nm ; leur épaisseur atteint 31 nm, soit la hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) de l'empilement de 40 protéines. Chacune des protéines possédant des acides aminés modifiables et fonctionnalisables à l'intérieur des pores, la nanostructure offre une grande variété de liaisons chimiques possibles avec des ligands sur un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) colossal de sites de greffage (plus de 500.000 par µm²) ! Les chercheurs sont ainsi parvenus à métalliser sélectivement l'intérieur des pores avec du nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) et de l'or.

Comment les scientifiques ont-ils confectionné ces nids d'abeilles ? Chez les plantes à fleurs, la protéine LEAFY a naturellement la capacité de s'auto-assembler (via un "domaine d'oligomérisation") afin de favoriser la transcription de l'ADN en ARN pour la floraison (La floraison est le processus biologique de développement des fleurs. Elle est...). In vitro (In vitro (en latin : « dans le verre ») signifie un test en tube, ou, plus...), ce domaine forme spontanément des polymères hélicoïdaux correspondant à l'empilement de 40 couches de protéines qui s'imbriquent ensuite les uns dans les autres pour constituer les nids d'abeilles.

L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de ses propriétés font de cette nanostructure une "plateforme" polyvalente intéressant aussi bien la biocatalyse, les biocapteurs ou le photovoltaïque. De plus, ses dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) nanométriques permettent d'envisager la production de masques de lithographie susceptibles de concurrencer les technologies actuelles telles que les copolymères à blocs.

Références:
Self-Assembly of a Ginkgo Oligomerization Domain Creates a Sub-10-Nm Honeycomb Architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) on Carbon and Silicon Surfaces with Customizable Pores: Implications for Nanoelectronics, Biosensing, and Biocatalysis, ACS Appl. Nano Mater.
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