Cherchant à imiter les processus d’auto-assemblage qui se produisent naturellement, les chercheurs de Riken ont démontré que l’auto-assemblage des virus en forme de tige peut être contrôlé en appliquant un champ magnétique. Cela pourrait aider dans le développement de processus d’auto-assemblage artificiels qui sont plus contrôlables que ceux existants. L’étude est publié dans Communications de la nature.
Lors de la construction d’une maison, un maçon doit prendre chaque brique et le cimenter en place. Mais dans de nombreux processus biologiques, les « briques » s’organisent dans des structures spontanément. En raison de leur grande efficacité et de leur précision, ces processus d’auto-assemblage sont de plus en plus utilisés dans des domaines tels que la nanotechnologie et la science des matériaux.
Cependant, contrairement aux processus d’auto-assemblage naturels, qui se terminent une fois que la structure atteint une certaine taille, les artificiels ont tendance à se poursuivre indéfiniment. Par exemple, la coquille protéique d’un virus cessera de croître lorsqu’elle deviendra une sphère ou un tube d’un certain diamètre.
« Parce que nous ne pouvons pas contrôler la taille de la structure dans les processus d’auto-assemblage artificiels, la taille finale et la distribution de forme de ces structures sont très larges », explique Yasuhiro Ishida du Riken Center for Emergent Matter Science.
Ishida tient à découvrir comment la nature contrôle la taille des processus d’auto-assemblage, puis d’essayer de le reproduire en laboratoire.
« Notre question est: comment la nature peut-elle contrôler la taille de la structure dans des systèmes aussi incontrôlables? » dit Ishida. « Il doit y avoir un mécanisme qui contrôle automatiquement la taille et la forme même dans des conditions d’équilibre. »
Maintenant, l’équipe d’Ishida a utilisé des virus en forme de tige pour démontrer un système d’auto-assemblage qui produit des disques dont les diamètres peuvent être contrôlés par un champ magnétique. La torsion magnétiquement induite exploite une propriété connue sous le nom de chiralité que de nombreux systèmes naturels utilisent pour limiter la taille de la structure.
Étant chiraux, les virus préfèrent emballer avec une légère tournure entre les voisins. Lorsqu’aucun champ magnétique n’est appliqué, le disque accumule une torsion pendant l’auto-assemblage, ce qui le fait arrêter de croître une fois qu’il atteint un certain diamètre.
L’application d’un champ magnétique aux virus pendant l’auto-assemblage réduit la quantité de torsion entre les virus voisins, ce qui permet au disque de croître. La variation de l’intensité du champ magnétique modifie la taille du disque en conséquence.
« Ce processus dépasse les systèmes naturels en ce qu’il peut changer de manière adaptative le point final de sa croissance », explique Ishida.
Lorsque les chercheurs ont éteint le champ magnétique après la formation des disques, les disques ont commencé à s’effilocher lentement, produisant des structures de tire-bouchon. « J’ai été tellement surpris quand mes élèves m’ont montré la vidéo de cette démêlage », se souvient Ishida. « C’était très beau à regarder. »
En fin de compte, l’équipe d’Ishida vise à aller au-delà de la nature et à développer des systèmes d’auto-assemblage innovants. « Notre objectif ultime est d’utiliser l’auto-assemblage pour effectuer des éléments tels que des chirurgies à petite échelle dans le corps, par exemple », explique Ishida.
Plus d’informations:
Shuxu Wang et al, Assemblage d’autorégulation sensible aux stimuli des colloïdes chiraux pour une taille robuste et un contrôle de la forme, Communications de la nature (2024). Doi: 10.1038 / s41467-024-54217-x