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Pour synthétiser des nanoparticules magnétiques, imitons les bactéries

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La nature est une source d'inspiration et d'émerveillement presque infinie pour un scientifique. Un groupe de chercheurs vient d'utiliser le secret des bactéries pour produire des nanoparticules magnétiques régulières. Fabriquées à l'échelle industrielle, de telles particules auraient, par exemple, des applications en médecine.

Un chaîne de nanoparticules de magnétite dans une bactérie. La barre en bas à droite représente 500 nm. Crédit : AMES Laboratory

Des nanoparticules magnétiques pourraient servir à fabriquer des mémoires magnétiques de haute densité ou à véhiculer de substances actives dans un organisme. Sous forme de suspensions colloïdales, elles peuvent aussi servir à la fabrication de liquides extraordinaires, les ferrofluides. Malheureusement, dans de nombreuses applications possibles, il faudrait disposer de grandes quantités de nanoparticules ayant toutes les mêmes bonnes propriétés. Jusqu'à présent, les modes de fabrications classiques ne permettaient pas de contrôler suffisamment bien la taille et le type de cristal magnétique. En particulier, des particules trop petites sont difficilement magnétisables et la stabilité de leur aimantation à une température donnée n'est pas bonne.

Des chercheurs du laboratoire Ames (Iowa) se sont alors souvenus que certaines bactéries synthétisent naturellement des nanoparticules magnétiques de 50 nanomètres de diamètre de façon remarquablement précise et stable. La nature connaissait donc le secret de la fabrication à l'échelle industrielle de nanoparticules magnétiques de taille et de propriétés magnétiques adéquates... Mais quel était donc ce secret et surtout pouvait-il être exploité par l'homme ?

La clé : un gel de polymère

Pour le découvrir, Surya Mallapragada, la directrice du Ames Laboratory Materials Chemistry and Biomolecular Materials program, a fait travailler ensemble des microbiologistes, des physiciens, des biochimistes et des ingénieurs spécialisés dans la physico-chimie des matériaux.

On savait déjà que les bactéries utilisant des nanoparticules de magnétite (Fe3O4) pour s'orienter dans le champ magnétique de la Terre les synthétisent à l'aide de protéines. L'une d'entre elles, dénommée Mms6, se trouve dans la membrane entourant les nanoparticules à l'intérieur des bactéries. Une première tentative de synthèse à partir de cette protéine a échoué. Deux physiciens, dont l'un expert dans la croissance des cristaux, ont alors suggéré d'utiliser un gel de polymère combiné à cette protéine. Cette idée était bonne car il devient ainsi possible de ralentir et de contrôler la croissance des nanoparticules puis de les récupérer par aimantation à la surface du gel d'agarose. Il suffit même de surveiller la modification des couleurs de ce dernier, passant progressivement du jaune au noir à mesure que les particules précipitent.

L'équipe travaille actuellement à étendre le procédé de fabrication à d'autres nanoparticules magnétiques. Des cristaux, non plus de magnétite, mais de ferrites basées sur du cobalt feraient d'excellentes nanoparticules magnétiques.

Nous sommes entrés dans l'ère des nanotechnologies et des nanosciences... Nul doute que cette découverte aura un impact significatif sur notre vie. Pour s'en convaincre, il suffit de considérer l'utilisation des nanoparticules en médecine pour lutter contre le cancer.

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