Tisser avec des nanofils

Des chercheurs du groupe d'Helma Wennemers, professeure au Laboratoire de chimie organique, ont mis en marche leurs métiers à tisser chimiques et créé un nano-tissu moléculaire unique. Ce tissu est composé de filaments moléculaires organiques entrelacés aux propriétés très particulières.

La plupart des textiles tissés se composent de fils dits de trame et de fils de cha?ne, qui sont liés verticalement entre eux. On obtient ainsi un tissu biaxial, plus résistant mécaniquement que les fils individuels. Les chercheurs ont déjà appliqué ce principe de fils entrelacés à angle droit à des systèmes moléculaires à l'aide de métaux, afin de créer des nanomatériaux stables.

Wennemers et son groupe ont maintenant franchi une étape supplémentaire. En collaboration avec Klaus Müllen, professeur au page externeMax Planck-Institut pour la recherche sur les polymères à Mayence, ils ont généré le premier nano-tissu composé de trois brins constitués de molécules purement organiques. Pour l'exprimer par analogie avec le tissage : Ce tissu moléculaire a deux fils de cha?ne qui se superposent mais ne sont pas entrelacés, et un fil de trame qui verrouille le tissu. Dans l'art japonais du tressage, un tel tissu à trois axes est également connu sous le nom de kagome.

Les filaments du nano-tissu sont tous constitués du même élément organique de base. Celui-ci a lui-même été synthétisé par les chercheurs à partir de trois sous-unités moléculaires. La base du composant de base est un peptide en forme de spirale, une hélice d'oligoproline, qui est apparentée à la protéine naturelle qu'est le collagène. Deux monoimides de pérylène sont fixés à chaque extrémité du peptide en forme de spirale. Ces molécules en forme de disque sont connues pour leur capacité à adhérer les unes aux autres gr?ce à des interactions spéciales. Ce sont les conditions idéales pour que de longs filaments se forment automatiquement à partir de l'élément de base ainsi produit.

Mais comment relier de tels fils pour former le tissu triaxial du kagome ? Celui-ci se forme spontanément lorsqu'on laisse refroidir les éléments de base en solution. Les molécules s'organisent alors d'elles-mêmes, ce qui repose sur le design sophistiqué des éléments de base : En choisissant de manière appropriée la longueur de la cha?ne d'oligoproline et à l'aide de la bonne distance entre les monoimides de pérylène, on obtient des filaments plus longs qui présentent alternativement une fente en haut et en bas.

Des fils parfaitement tordus à 60 degrés s'insèrent maintenant dans la fente supérieure et des fils tordus à 120 degrés dans chacune des fentes inférieures. C'est ainsi que l'on obtient le tissu Kagome à trois axes. Aux croisements des trois fils, les monoimides de pérylène veillent à ce que la structure du tissu ne puisse pas se déplacer. La structure du kagome est bien visible au microscope électronique.

"Gr?ce à l'interaction parfaite des éléments moléculaires, nous avons pu fabriquer un tout nouveau tissu auto-organisé avec une topologie fascinante", explique Helma Wennemers. "De plus, nous avons pu montrer qu'à l'instar des tissus macroscopiques, il est beaucoup plus robuste que les différents fils qui le composent". En outre, les chercheurs ont réussi à insérer des nanoparticules métalliques dans les interstices du tissu. Ce tissu purement organique pourrait être utilisé à l'avenir pour le développement de nouveaux catalyseurs ou trouver des applications dans le domaine des capteurs, du stockage et de la purification des gaz.