Il n'est jamais facile d'imiter l'incroyable compétence de Mère Nature, surtout lorsque vous essayez de faire correspondre les processus chimiques remarquables qui se déroulent dans les organismes vivants. Les systèmes vivants, comme les cellules, peuvent effectuer des réactions chimiques dans de très petits espaces, impliquant parfois des molécules uniques. Pendant de nombreuses années, les chercheurs ont tenté d'imiter cela pour permettre la fabrication de composés chimiques spécialisés, mais avec un succès limité.
Cependant, de nouvelles recherches publiées dans le Journal de l'American Chemical Society met en évidence le développement d'un nouvel outil qui aide à contrôler les réactions chimiques. Cela pourrait permettre d'importants polymères – les grandes molécules en forme de chaîne avec de nombreuses applications modernes – pour être créée dans des espaces incroyablement petits avec un haut niveau de précision.
L'équipe, basée à l'Institut des sciences industrielles, l'Université de Tokyo, a développé un « ballon moléculaire » – qui module la réactivité des réactions qui se produisent à l'intérieur – en utilisant une molécule de polymère unique soigneusement construite avec une forme unique.
« Les travaux antérieurs dans ce domaine ont créé de petits réacteurs moléculaires basés sur divers matériaux poreux », a déclaré l'auteur principal, Xiangyuan Guo. « Cependant, il est difficile d'utiliser ces processus pour fabriquer des polymères spécifiques, car la réaction de polymérisation n'est pas facilement contrôlée. »
Ce nouveau travail a créé des polymères basés sur des molécules centrales en forme de ver avec de nombreuses chaînes latérales saillantes, appelées forme de «brush en bouteille». Les chaînes latérales agissent pour produire une sorte de zone de tampon interne qui permet à certaines substances d'entrer dans l'espace autour du corps de la molécule de polymère, tout en gardant les autres.
Cette zone peut être aussi petite qu'une seule molécule et peut être adaptée pour fournir un espace adéquat pour la formation d'autres polymères. À l'intérieur de ces poches nanosisées, les produits chimiques peuvent réagir pour produire uniquement certains produits souhaités, protégés contre les effets de leur environnement. Pour cette raison, les matériaux qui sont autrement difficiles à synthétiser peuvent être obtenus à l'aide de ce système.
« L'un des principaux avantages de ce nouveau processus est qu'il est extrêmement polyvalent », explique l'auteur principal, Shintaro Nakagawa. « Cela a été démontré en synthétisant deux types de polymères complètement différents, y compris un polymère conjugué spécialisé basé sur le thiophène avec des applications en optoélectronique. »
Les espaces à l'intérieur de ces polymères de brush bouteille soigneusement conçus sont extrêmement petits: de l'ordre des dizaines de nanomètres, ce qui signifie des milliardième de mètre. Semblables aux systèmes biologiques tels que les enzymes, ces flacons à l'échelle moléculaire permettent un niveau extrême de contrôle des réactions chimiques.
En plus de fabriquer des polymères spécialisés avec de nombreuses applications différentes, cette technologie révolutionnaire pourrait un jour être utilisée pour produire des nanoparticules et d'autres matériaux avec des applications en médecine, une technologie de détection et d'autres domaines.
