Les scientifiques ont développé CREATS, une nouvelle technique de séquençage de polymères synthétiques, révolutionnant la compréhension de la manière dont la disposition des monomères influence les propriétés des matériaux et permettant la conception de polymères pour des applications spécifiques. Crédit : Issues.fr.com
Les polymères synthétiques, omniprésents dans la vie moderne, comprennent des matériaux tels que les tissus en nylon et en polyester, les ustensiles de cuisine recouverts de téflon et les adhésifs époxy. À l’échelle moléculaire, ces polymères sont constitués de longues chaînes de monomères, la complexité de ces chaînes améliorant la fonctionnalité de ces divers matériaux.
En particulier, les copolymères, constitués de différents types de monomères dans la même chaîne, permettent d’affiner les propriétés du matériau, a déclaré Peng Chen, professeur Peter JW Debye de chimie au Collège des Arts et des Sciences (A&S). La séquence des monomères joue un rôle essentiel dans les propriétés d’un matériau, mais jusqu’à présent, les scientifiques ne disposaient pas d’une méthode permettant de séquencer les copolymères synthétiques.
CREATS : une nouvelle technique de séquençage
Chen et ses collègues ont développé CREATS (Coupled REaction Approach Toward Super-resolution Imaging), qui leur permet d’imager les réactions de catalyse de polymérisation à une résolution monomère et, grâce à la signalisation fluorescente, de différencier les monomères les uns des autres. Ces deux étapes constituent des étapes importantes dans la découverte de la composition moléculaire d’un polymère synthétique.
Ils décrivent la technique et les premières découvertes qu’ils ont faites dans une étude récente publiée dans la revue Chimie naturelle.
Granulés de polymère plastique.
Les co-auteurs principaux sont Rong Ye, Xiangcheng Sun et Xianwen Mao, tous anciens chercheurs postdoctoraux du groupe Chen. Les co-auteurs sont Susil Baral et Chunming Liu, anciens chercheurs postdoctoraux du groupe Chen, Felix Alfonso, actuel chercheur postdoctoral, et Geoffrey Coates, professeur de chimie et de biologie chimique (A&S) à l’Université Tisch.
« Les polymères synthétiques sont constitués d’unités monomères liées entre elles comme un collier de perles », a déclaré Chen. Dans les polymères les plus simples, les monomères sont identiques, mais des propriétés plus complexes apparaissent lorsque les polymères contiennent des monomères de différentes sortes, appelés copolymères. La disposition précise des monomères dans un copolymère joue un rôle important dans ses propriétés, telles que la rigidité ou la flexibilité.
Importance de la séquence de monomères
La séquence joue également un rôle dans les propriétés des polymères naturels, a déclaré Chen. Une protéine, par exemple, est composée de 20 acides aminés acide monomères disposés dans un ordre très spécifique.
« Dans un polymère naturel, la nature a le contrôle », a déclaré Chen. « Dans les polymères synthétiques, les humains prennent les dispositions nécessaires, et les chimistes n’ont généralement pas ce contrôle précis. »
Le séquençage des copolymères est si difficile en grande partie à cause de l’hétérogénéité des polymères synthétiques, a déclaré Chen. Les chaînes individuelles diffèrent en longueur, en composition et en séquence, ce qui nécessite des méthodes de séquençage de polymère unique capables de résoudre et d’identifier les monomères individuels.
Certaines méthodes modernes permettent aux scientifiques de contrôler la disposition des monomères dans une chaîne, a déclaré Chen, mais uniquement pour les polymères très courts – 10 à 20 monomères de long.
L’avenir de la conception des polymères
Grâce à CREATS, les chercheurs peuvent déterminer la séquence d’un polymère au fur et à mesure de sa fabrication, un monomère à la fois, en imaginant et en identifiant chaque monomère au fur et à mesure de son ajout au polymère. Pour rendre visibles les monomères, CREATS couple la réaction de polymérisation avec une autre réaction produisant des signaux fluorescents.
« Chaque monomère entrant émet une bouffée de lumière », a déclaré Chen. « La lumière est induite par un laser et la bouffée de lumière a une couleur. Dans notre cas, c’est soit vert, soit jaune. En voyant s’il est jaune ou vert, nous voyons quel monomère entre dans la composition.
Le laboratoire est déjà équipé pour mesurer les propriétés des polymères synthétiques. Maintenant qu’ils peuvent déterminer la séquence d’un polymère individuel, la prochaine étape consiste à combiner les deux expériences pour corréler la structure et la fonction, fournissant ainsi des principes directeurs pour la conception du polymère afin d’atteindre certaines propriétés.
« Si vous savez comment la séquence contrôle la propriété, vous pouvez vraiment penser à concevoir la séquence que vous souhaitez pour obtenir une certaine propriété », a déclaré Chen. « Cette connaissance peut vraisemblablement aider les gens à adapter leurs matériaux à une application souhaitée. »
La recherche a été financée par le programme de chimie des polymères du Army Research Office, une direction du laboratoire de recherche de l’armée du Commandement du développement des capacités de combat de l’armée américaine.
