Créer une méthode innovante de formation de quasi-cristaux

Une équipe de chercheurs de CIC biomaGUNE, l'Institut international de nanotechnologie de l'Université de Northwestern et l'Université du Michigan ont présenté une nouvelle méthodologie pour la conception de quasi-cristaux colloïdaux utilisant l'ADN. C'est un modèle de synthèse contrôlée de nanostructures complexes jusqu'à présent inaccessibles. Le travail a été publié dans la revue Nature Materials.

Les quasi-cristaux sont des structures cristallines ordonnées mais non répétitives, très rares et très difficiles à réaliser. On connaît quelques exemples, ceux trouvés dans la nature ou ceux obtenus par la serendipia. Maintenant, cette étude a montré comment la programmabilité de l'ADN peut être utilisée pour concevoir et construire des quasi-cristaux.

Cette enquête a été tirée d'une proposition de l'équipe de Bionanoplasmotechnique de CIC biomaGUNE. Le groupe est dirigé par Luis Liz Marzán, pionnier dans le développement de méthodes de changement de surface pour améliorer les possibilités de fabrication et d'application des nanoparticules. « En fait, nous avons découvert la façon de synthétiser des nanoparticules de géométrie decaédrique, des particules de dix faces, avec une qualité suffisante pour aborder cette étude. La géométrie decaédrique est fondamentale dans ce cas en raison de la symétrie pentagonale qu'elle implique. Les pentagones sont des éléments géométriques fondamentaux dans les quasi-cristaux, ce qui a permis d’atteindre ces matériaux si spéciaux », explique Liz Marzán.

Le groupe, dirigé par le professeur Sharon Glotzer de l'Université du Michigan, avait en 2009 la première nanoparticules quasi-verre par couche: « Dans la simulation originale du quasi-verre, la disposition entre decaedros laissait entre eux de très petits espaces. Ici, ces lacunes seraient comblées par l’ADN », explique Glotzer.

L'étude s'est concentrée sur la formation de nanoparticules decaédriques avec l'ADN comme structure guide dans un milieu colloïdal, c'est-à-dire dans un milieu non homogène où les particules sont suspendues dans un fluide. En combinant des simulations informatiques et des expériences rigoureuses, l'équipe a fait une découverte surprenante: ces nanoparticules décacheuses peuvent être organisées pour former des structures quasi-cristallines avec des motifs pentagonaux et hexagonaux, et finalement un quasi-cristal dodecagonal est créé.

« Nous avons joint des chaînes d’ADN aux nanoparticules pour guider l’organisation des nanoparticules et de manière réversible, sensible à la température », explique Liz Marzán. « L’ingénierie des quasi-cristaux colloïdaux a constitué une étape importante dans le domaine de la nanoscience. Notre travail a ouvert de nombreuses possibilités pour les matériaux avancés et les applications nanotechnologiques innovantes. »