Quel est le bruit d'un polymère qui s'effondre ?
La technologie du son révèle ce que la visualisation ne peut pas réaliser
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Il n'est pas facile de suivre en temps réel les interactions des grosses molécules avec l'eau. Mais cela peut être plus facile à entendre qu'à voir. C'est ainsi qu'une équipe internationale a décrypté le rôle de l'eau dans l'effondrement du PNIPAM.
Certains polymères réagissent à leur environnement par des changements de conformation : c'est le cas du PNIPAM, abréviation de poly(N-isopropylacrylamide). Il est soluble dans l'eau en dessous de 32 degrés Celsius, mais au-delà de cette température, il précipite et devient hydrophobe. C'est ce qui le qualifie pour les applications de capteurs intelligents. Mais que se passe-t-il réellement entre le PNIPAM et le solvant qu'est l'eau ? Des chercheurs de l'université de la Ruhr à Bochum (Allemagne) et de l'université de l'Illinois à Urbana Champaign ont collaboré avec des spécialistes de la production sonore de Symbolic Sound Corporation pour répondre à cette question. Grâce à la représentation sonore, ils ont pu déchiffrer pour la première fois l'interaction des molécules d'eau avec le PNIPAM. Ils présenteront leurs résultats dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences PNAS le 4 février 2026.
L'eau tire les ficelles
Le rôle du solvant, l'eau, passe souvent au second plan lorsque les chercheurs analysent le mouvement de polymères tels que les protéines ou le PNIPAM créé par l'homme. "Pourtant, l'eau forme des liaisons hydrogène entre les molécules d'eau et entre l'eau et le polymère, et ces liaisons hydrogène organisent à la fois la structure de l'eau et celle du polymère", explique le professeur Martina Havenith-Newen, titulaire de la chaire de chimie physique II à l'université de la Ruhr à Bochum et porte-parole du pôle d'excellence RESOLV Solvation Explores de la Ruhr. "L'eau joue un rôle important dans la façon dont les polymères se dilatent, se contractent ou se plient à l'intérieur du solvant.
Des scientifiques de l'université de la Ruhr à Bochum, des spécialistes de la sonification de Symbolic Sound Corporation et des chercheurs de l'université de l'Illinois à Urbana Champaign ont fait équipe pour voir comment le PNIPAM se contracte et se dilate dans l'eau, le solvant universel du corps humain, et quel est le rôle de l'eau dans ce processus. Pour ce faire, le chercheur postdoctoral Wanlin Chen, fondé avec le programme Henriette Scout de la fondation Alexander von Humboldt, a effectué de longues simulations sur superordinateur qui suivent le mouvement du PNIPAM dans l'eau pendant des milliards de pas de temps.
Le son est la clé
Le problème réside dans l'analyse des données : il y a des milliers de molécules d'eau autour du PNIPAM, et elles forment et rompent des centaines de liaisons hydrogène avec le PNIPAM en permanence, de sorte qu'il est difficile de les visualiser à l'aide d'une visualisation informatique conventionnelle. L'équipe a fait appel à Carla Scaletti et Kurt Hebel, qui développent l'analyse auditive, une technique qui utilise la sonification (transformation des données en sons) d'une manière complémentaire à la visualisation (transformation des données en vidéos ou en images). "La sonification présente l'avantage, dans le cas de séries temporelles complexes de données, que le cerveau humain est très doué pour discerner des schémas dans les formes d'ondes audio qui résultent de nombreux événements quasi simultanés", explique Martin Gruebele, professeur invité également financé par la fondation Alexander von Humboldt.
En utilisant la sonification, les chercheurs ont découvert que le PNIPAM, lorsqu'il se contracte, ne forme pas beaucoup de liaisons hydrogène directes, mais que sa structure est plutôt organisée par des "ponts d'eau", où une molécule d'eau relie deux parties du PNIPAM. Le PNIPAM lui-même forme également une liaison inhabituelle où deux atomes d'hydrogène collés à des atomes d'azote s'alignent. Tout cela a pu être entendu et différencié lorsque des sons différents ont été attribués à différents types de liaisons, même si des dizaines de ces liaisons se forment et se dissolvent à tout moment.
L'analyse quantitative de la simulation informatique a révélé que les ponts d'eau ne sont pas aléatoires, mais qu'ils sont en corrélation les uns avec les autres lorsque le PNIPAM s'effondre pour prendre une forme compacte, mais que c'est l'eau qui tire les ficelles au cours du processus, et non pas tant les contacts directs avec le PNIPAM. "Cette recherche nous aide à comprendre comment naît le comportement inhabituel de certains polymères, si utiles dans les applications biomédicales et la détection", explique Martina Havenith.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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