vendredi 3 décembre 2021

Voici la microparticule synthétique la plus complexe au monde et elle surpasse la nature

3 DÉCEMBRE 2021 anguille sous roche

Elles sont si complexes qu’elles surpassent même la complexité de la nature.

Des microparticules synthétiques, plus complexes que certaines des plus complexes trouvées dans la nature, ont été produites par une équipe internationale dirigée par des scientifiques de l’université du Michigan. Ils ont également étudié la manière dont cette complexité apparaît et ont conçu un moyen de la mesurer, ce qui n’avait jamais été fait jusqu’à présent.

Les résultats, publiés dans Science, ouvrent la voie à des mélanges plus stables de fluides et de particules, comme les peintures, et à de nouvelles façons de tordre la lumière, une condition préalable aux projecteurs holographiques. Les particules sont constituées de pointes tordues disposées en une boule de quelques microns, ou millionièmes de mètre de diamètre.

Mère nature s’avère être une créatrice très talentueuse lorsqu’il s’agit de la complexité des nano- et micro-échelles, les structures pointues comme le pollen des plantes, les cellules immunitaires et certains virus en étant de parfaits exemples.

Parmi les particules naturelles les plus complexes à l’échelle des nouvelles particules synthétiques figurent les coccolithophores pointus. D’un diamètre de quelques microns, ce type d’algue est connu pour construire autour de lui des coquilles calcaires complexes. Pour mieux comprendre les règles qui régissent la croissance de ces particules, les scientifiques et les ingénieurs tentent de les reproduire en laboratoire.

Mais jusqu’à présent, il n’existait aucun moyen formel de mesurer la complexité des résultats.

« Les nombres gouvernent le monde, et le fait de pouvoir décrire rigoureusement les formes hérissées et de chiffrer la complexité nous permet d’utiliser de nouveaux outils tels que l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique pour concevoir des nanoparticules », a révélé Nicholas Kotov, titulaire de la chaire d’ingénierie Joseph B. et Florence V. Cejka à l’U-M, qui a dirigé l’étude.

Le groupe de chercheurs a utilisé le nouveau cadre pour décrire comment leurs particules pourraient devenir encore plus complexes que les coccolithophores. André Farias de Moura, professeur de chimie à l’université fédérale, était chargé d’étudier les propriétés quantiques des particules, ainsi que les forces agissant à l’échelle nanométrique de ses éléments constitutifs.

Les chercheurs ont introduit la chiralité en recouvrant des feuilles de sulfure de cale à l’échelle nanométrique. Ils ont pu créer les blocs de construction des particules en utilisant un acide aminé appelé cystéine.

La cystéine se présente sous deux formes inversées, l’une amenant les feuilles d’or à s’empiler avec une torsion dans le sens des aiguilles d’une montre, et l’autre tendant vers une torsion dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Dans le cas de la particule la plus complexe, une boule hérissée d’épines torsadées, chaque feuille d’or était recouverte de la même forme de cystéine, explique Phys.org.

L’équipe de scientifiques a également surveillé d’autres interactions. En utilisant des nanoparticules plates, ils ont créé des pointes plates au lieu de rondes. Les scientifiques ont également eu recours à des molécules chargées électriquement pour s’assurer que les composants à l’échelle nanométrique se transformaient en particules plus grandes, de plus de quelques centaines de nanomètres de diamètre, en raison de la répulsion.

« Ces lois sont souvent en conflit les unes avec les autres, et la complexité émerge parce que ces communautés de nanoparticules doivent toutes les satisfaire », a révélé Nicholas Kotov, professeur de science et d’ingénierie des matériaux et de science et d’ingénierie macromoléculaires.

Les scientifiques ont créé la microparticule synthétique la plus complexe, une synthèse qui surpasse les exemples les plus complexes de la nature.

Source : Curiosmos – Traduit par Anguille sous roche