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Des faux-cils pour embellir les nanotechnologies

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Des cils artificiels en copolymère sont capables de détecter des changements de température, de pH et de lumière. Si le matériau n'en est qu'à ses débuts, ses grandes propriétés pourraient lui donner un bel avenir dans le domaine très vaste des nouvelles technologies.

En biologie, les cils définissent aussi les fines protubérances retrouvées à la surface des cellules (ici, sur un épithélium bronchiolaire). Crédits DR

Les cils ne se résument pas seulement aux poils attachés aux paupières. Leur diversité est bien plus vaste. À l'échelle subcellulaire, ils correspondent à de longues structures fines et flexibles retrouvées en surface des cellules chez beaucoup d'organismes, aussi bien les humains que les êtres unicellulaires. Ce sont des saillies de la membrane plasmique dont le maintien est assuré par des protéines intracellulaires (la tubuline) qui forment de longs tubes.

Les cils se caractérisent par leur souplesse et se divisent en deux grandes catégories :

  • les cils motiles, capables de ressentir ou d'exercer des forces mécaniques pour favoriser un mouvement ou une locomotion ;
  • les cils primaires, qui captent et reconnaissent certaines molécules de leur environnement.

Alors que les premiers sont par exemple retrouvés chez des bactéries pour les aider à se déplacer dans un milieu aqueux, ou dans la cochlée de l'oreille humaine, les seconds sont notamment retrouvés chez l'homme au niveau des organes de l’odorat ou de la vision.

Des scientifiques du Materials Research Science and Engineering Center for Response-Driven Polymeric Films de l'université du Mississippi du Sud ont tenté de recréer ces structures multifonctions de manière artificielle. « Notre intérêt est de développer des matériaux qui possèdent des réponses multi-niveau, indique Marek W. Urban, l'un des chercheurs. Je crois que c'est le futur de la science et concevoir cela va aboutir à des technologies futures. »

Les cils changent de morphologie après l'application de conditions environnementales différentes (température, pH, ultraviolets), de manière réversible. © Advanced Functional Materials

Modifications de formes et de couleurs

Décrit dans le journal Advanced Functional Materials, un matériau de ce type a vu le jour dans leur laboratoire. Trois polymères ont été utilisés pour synthétiser par émulsion un copolymère du doux nom de poly (2-(N,N-diméthylamino) éthyl méthacrylate-co-n-butyl acrylate-co-N,N-(diméthylamino) azobenzene acrylamide) ou un peu plus simplement p(DMAEMA/nBA/DMAAZOAm). Le mécanisme de coalescence a fait ensuite naître des cils en surface du copolymère.

Les propriétés du matériau ont ensuite été testées face à différents paramètres. L'observation du copolymère au microscope optique a permis de montrer que l'application d'un changement de température, d'un changement de pH ou de rayonnements ultraviolets modifie la morphologie des cils, qui se plient. Au niveau moléculaire, le copolymère adopte une conformation différente en fonction du stimulus, alternant les formes cis et trans. Ces modifications, qui varient également en fonction de la source de la stimulation (gauche ou droite), sont totalement réversibles si l'on applique à nouveau les conditions initiales.

De plus, la couleur du copolymère varie aussi en fonction de la stimulation. Alors qu'à pH 8 le matériau est jaune, la diminution du pH confère une couleur rouge voire violette. Une excitation du copolymère par des ultraviolets entraîne l'émission d'une fluorescence, mais dont la couleur varie elle aussi en fonction du pH, variant du vert au bleu ou au violet.

D'après les inventeurs, les applications seraient nombreuses. Il serait par exemple imaginable de développer des senseurs qui détecteraient des toxines, des drogues ou des substances volatiles comme l'oxygène ou le monoxyde de carbone, et qui l'indiqueraient par un changement de forme ou de couleur.

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