Les nanoparticules creuses liées par l’ADN constituent des matériaux exceptionnellement résistants

Un matériau composé de nanoparticules creuses et d’ADN est exceptionnellement résistant, surtout compte tenu de la petite taille de ses éléments constitutifs. Il pourrait éventuellement être utilisé pour construire des appareils médicaux et électroniques extrêmement robustes.

Pour fabriquer ce matériau super résistant, Horacio Espinosa à l’Université Northwestern dans l’Illinois et ses collègues ont commencé avec des particules constituées de métaux comme l’or et le platine, mesurant chacun environ 100 nanomètres. Certains avaient la forme de cubes pleins ou creux avec des coins aplatis, tandis que d’autres ne formaient que les bords d’un cube.

La meilleure façon de garantir qu’un matériau possède les propriétés souhaitées est de l’assembler à partir de zéro, un élément de base à la fois. Cependant, ces nanoparticules étaient si petites que leur assemblage représentait un défi. Les chercheurs se sont donc tournés vers l’ADN pour agir comme une sorte de colle.

Ils ont attaché molécules d’ADN soigneusement synthétisées aux nanoparticules. Ensuite, lorsqu’ils les ont mélangés, les morceaux d’ADN qui s’attiraient naturellement se sont liés chimiquement, faisant en sorte que les nanoparticules se collent les unes aux autres et forment un matériau.

Les chercheurs ont varié les formes des nanoparticules pour construire des matériaux aux propriétés différentes, qu’ils ont testés en les mettant sous pression. Ils ont découvert que l’utilisation de nanoparticules maillées produisait la substance la plus résistante et la plus rigide.

Par exemple, c’était plus fort qu’un matériau fabriqué de manière conventionnelle, fabriqué à partir de nickel à l’aide de blocs de construction dix fois plus gros – et pouvant résister à une pression dix fois supérieure à celle d’un matériau à base de nickel fabriqué à partir de nanoparticules solides. Les particules plus petites donnent généralement lieu à des matériaux plus résistants ; ces composants minuscules ne se prêtent pas très bien aux pratiques de fabrication standard.

Xiaoxing Xia du laboratoire national Lawrence Livermore en Californie, affirme que l’utilisation de l’ADN fournit « un bouton supplémentaire pour contrôler l’interaction entre les éléments constitutifs des nanocristaux », ce qui pourrait permettre aux scientifiques de créer de grands matériaux ordonnés dont les propriétés peuvent être contrôlées en manipulant leur structure.

Cela pourrait conduire à des progrès dans les domaines de l’électronique, des dispositifs médicaux ou même des transports, où matériaux légers mais solides sont importants pour réduire les émissions et renforcer la durabilité, déclare Espinosa. « Dans cette étude, nous n’avons signalé qu’une infime fraction des nombreux matériaux pouvant être fabriqués à l’aide d’un assemblage dirigé par l’ADN. L’étude de nombreuses autres combinaisons de constituants et d’architectures figure en bonne place sur notre liste de souhaits en matière de recherche », dit-il.