L'eau - du perturbateur chimique à l'élément de construction structurel

L'équipe dirigée par le professeur Alex J. Plajer de l'université de Bayreuth, en étroite collaboration avec des chercheurs de la Freie Universität Berlin, a produit une nouvelle molécule à géométrie plate qui renverse fondamentalement l'approche conventionnelle de l'eau en chimie. "Nous avons conçu les éléments constitutifs de nos matériaux de manière à ce qu'ils possèdent des sites de liaison spécifiques qui fonctionnent comme des emplacements d'amarrage intégrés pour les molécules d'eau", explique le professeur Plajer. Une caractéristique particulière est que ces molécules d'eau relient les blocs de construction au niveau de ces "fentes", maintenant physiquement le matériau ensemble et définissant sa forme et sa fonction.

"C'est d'autant plus remarquable que l'eau déstabilise souvent les structures artificielles de ce type. Notre nouveau matériau n'existerait pas sous cette forme sans les molécules d'eau. Plutôt que d'éloigner l'eau des composants qui forment la structure, nous l'avons délibérément intégrée en tant qu'élément structurel", explique Merlin R. Stühler, premier auteur de l'étude et chercheur doctorant dans le groupe d'Alex Plajer. Lorsque les éléments constitutifs sont placés dans de l'eau pure, ils s'auto-assemblent en longues nanofibres tubulaires. Cela conduit à la formation d'hydrogels qui deviennent plus souples ou plus fermes en fonction de la température et qui peuvent être décomposés de manière sélective.

La structure détaillée des nanofibres a été élucidée au Centre de recherche en microscopie électronique (FZEM) de la Freie Universität Berlin. "Nous avons utilisé l'analyse de particules uniques, une méthode utilisée auparavant principalement en biologie pour étudier les protéines et les virus, pour déchiffrer la structure des fibres avec une précision exceptionnelle", explique le professeur Plajer. "Cette approche nous a permis de visualiser l'arrangement exact des molécules et de comprendre comment elles interagissent pour créer les propriétés uniques du matériau.

Les molécules d'eau intégrées dans la structure permettent également la transmission d'informations : lorsque les nanofibres rencontrent d'autres molécules ayant une orientation spatiale spécifique, comme les acides aminés naturels, le matériau peut reconnaître cette orientation et l'adopter. Les nanofibres se tordent en conséquence pour s'adapter à leur environnement. "À long terme, ce matériau pourrait être utilisé comme capteur biologique ou dans des applications médicales grâce à ces propriétés. Notre étude montre donc que dans le développement de matériaux à base d'eau, l'eau ne se contente pas de perturber, elle construit, stabilise et rend les structures fonctionnelles", conclut M. Plajer.