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Nanotechnologies : la « chimie clic » ouvre des perspectives nouvelles

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Par Nathalie Mayer, Futura

La chimie clic a pour objectif de trouver des méthodes simples, rapides et flexibles pour clipser des molécules entre elles par l’intermédiaire de liens robustes. Des chercheurs polonais ont réussi à appliquer cette même méthode à une échelle plus grande, pour fixer des nanoparticules d’or à un substrat solide de carbone.

Des nanoparticules de différents types peuvent désormais être liées rapidement et de façon permanente à un substrat par le biais de la chimie clic. La méthode a été mise au point par une équipe de chercheurs de l'institut de Chimie physique de l'académie polonaise des Sciences. © IPC PAS, Grzegorz Krzyzewski

La chimie clic est une méthode relativement récente de la chimie de synthèse. Elle met à contribution des « boutons pression » chimiques pour lier de petits modules moléculaires et constituer des structures sur mesure de manière rapide et efficace. Cette méthode était jusqu'alors utilisée principalement pour la synthèse de composés organiques complexes. Des chercheurs de l'institut de Chimie physique de l'académie polonaise des Sciences (IPC PAS) de Varsovie sont parvenus à appliquer le principe de la chimie clic à des nanoparticules d’or qu'ils ont ainsi fixées sur un substrat de carbone vitreux.

L'idée de la chimie clic est née à la fin du siècle dernier. Elle s'inspire de la nature et notamment de la structure des protéines. Celles-ci sont constituées de chaînes d'acides aminés toutes formées à partir d'un même type de liaisons entre un atome de carbone et un atome d'azote. L'établissement de ces liaisons dites peptidiques est facilité par l'action des enzymes. La chimie clic imite ces procédés pour la synthèse de composés organiques, un peu comme des enfants bâtissent une structure à l'aide de petits blocs de construction. Les avantages sont nombreux. Les réactions ont généralement lieu à température ambiante et dans un solvant unique qui se résume souvent à de l'eau. Le rendement des réactions est particulièrement élevé puisqu'il se situe autour de 80 à 90 %.

L'équipe de l'IPC PAS a souhaité appliquer ces principes à des briques de bases plus volumineuses que des molécules et a cherché à fixer ainsi des nanoparticules d'or sur un substrat solide. Classiquement, les nanoparticules sont simplement déposées sur le substrat et s'y attachent ensuite par le biais de liaisons physiques faibles, électrostatiques par exemple. Grâce à la chimie clic, les chercheurs polonais sont parvenus à fixer les nanoparticules à leur substrat par des liaisons covalentes durables.

La chimie clic a inspiré les chercheurs pour lier des nanoparticules d'or sur un substrat de carbone. Sur cette installation, les mains gantées représentent les azotures capables d’accrocher les acyles, représentés quant à eux par les ballons multicolores. © IPC PAS, Grzegorz Krzyżewski

Des liaisons carbone-azote stables

Pour obtenir ce résultat, l'équipe de l'IPC PAS a fait appel à des « boutons pression » chimiques bien connus. Des groupes formés de trois atomes d'azote, des azotures, sont en effet susceptibles, en présence d'un catalyseur, de se lier avec des groupes formés d'atomes de carbone, des acyles, situés aux extrémités de molécules diverses pour constituer des liaisons carbone-azote particulièrement stables. Ici, les azotures ont été ajoutés au substrat de carbone vitreux et les acyles aux nanoparticules d'or.

La catalyse repose quant à elle sur un procédé électrochimique. L'ensemble du processus a pu être optimisé de manière à ce que les nanoparticules en suspension autour de l'électrode restent stables et à ce que la concentration en ions dans l'électrolyte reste la meilleure. L'utilisation de l'électrochimie plutôt que d'un catalyseur chimique plus classique a par ailleurs permis de réduire le temps de réaction.

Les travaux de l'équipe de l'IPC PAS pourraient d'ores et déjà permettre d'élaborer des détecteurs de conservateurs tels que les sulfites, efficaces et simples. Les chercheurs polonais assurent que leur méthode est également applicable à d'autres substrats. De quoi envisager la mise au point de différents types de capteurs chimiques.

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