L'étude d'un peptide thérapeutique, le Lanreotide, par des chercheurs du CNRS et de l'Université de Rennes a permis de découvrir que ce peptide avait la capacité de servir d'échafaudage à la formation spontanée de nanotubes de silice par simple mélange avec un précurseur de silice
(1) dans l'eau. Cette découverte ouvre la voie à la mise au point de nouveaux matériaux nanostructurés.
Organisation hiérarchique des nanotubes de verres
vue en microscopie électronique (haut, barre: 100nm)
en lumière polarisée (bas, barre 1mm)
Les squelettes des vertébrés constituent sans doute l'exemple le plus saisissant de l'efficacité des organismes vivants à former des structures robustes mêlant intimement matière organique et minérale, en l'occurrence du phosphate de calcium. Pourtant, dans le monde sous-marin, de nombreux organismes, souvent unicellulaires, réussissent une prouesse similaire en utilisant la silice
(2) pour fabriquer des carapaces et des épines afin de se protéger ou encore des
spicules, fibres qui captent la lumière vers leurs neurones aussi bien que les meilleures fibres optiques. D'architecture et de forme complexes, ces structures naturelles sont d'autant plus étonnantes qu'elles se fabriquent spontanément dans l'eau dans des conditions douces de température et de pression suivant des mécanismes encore largement inconnus. Ce tour de force fait donc rêver les chimistes qui sont souvent obligés de chauffer, tirer ou comprimer les matériaux dans des conditions agressives pour les mettre en forme.
Dans le cadre de leurs études sur la physico-chimie d'un peptide thérapeutique, le lanreotide, des chercheurs du CNRS et de l'Université de Rennes ont découvert que ce peptide pouvait servir d'échafaudage à la formation spontanée de nanotubes de silice par simple mélange avec un précurseur de silice dans l'eau. Ces tubes hybrides sont formés d'un agencement hélicoïdal parfait de molécules du médicament en un tube de 24 nm de diamètre recouvert à l'intérieur et à l'extérieur de deux parois fines et uniformes de 2 nm de silice. Les tubes sont longs de plusieurs micromètres et s'alignent en fibres de quelques millimètres. Leur organisation est ainsi hiérarchiquement maîtrisée sur plus de 6 ordres de grandeur, soit le même rapport de longueur que le diamètre d'un cheveu et la hauteur de la tour Eiffel.
Pour réaliser ce travail d'orfèvre, l'équipe de chercheurs composée de physiciens, de biologistes et de chimistes, a mis au point une technique lente permettant d'enrober de silice des nanotubes de molécules biologiques qui se forment dans l'eau. Ils ont eu la surprise d'observer que le dépôt de silice favorise l'extension progressive du nanotube organique dont l'extrémité renouvelée peut alors servir à nouveau d'échafaudage à la suite du dépôt de silice. Ce procédé récurrent assure à la fois la maîtrise de l'organisation à l'échelle moléculaire tout en fabriquant l'échafaudage organique au fur et à mesure que le minéral se dépose. Ce procédé ressemble étonnamment à la construction d'un gratte-ciel au cours de laquelle le montage de l'armature métallique et le dépôt de béton s'alternent avec précision, sauf qu'il n'y a pas d'ouvrier et que les nanotubes de silice sont infiniment plus petits...
Ces travaux ouvrent deux perspectives nouvelles. D'une part, ils permettent de mieux comprendre à partir d'un système simplifié quelques mécanismes astucieux, mais encore mystérieux, développés par la nature, pour fabriquer des squelettes, et des spicules. D'autre part, ils ouvrent la voie vers de nouveaux matériaux aux dimensions nanométriques dont l'organisation dans l'espace est maîtrisée jusqu'à des tailles macroscopiques, leur conférant ainsi des propriétés uniques. Dans le cas des nanotubes de silice, les chercheurs ont bon espoir de démontrer qu'ils conduisent la lumière aussi efficacement que les spicules naturels des éponges de mer...
La poursuite de travaux portant à la fois sur une meilleure compréhension des mécanismes de formation des architectures minérales naturelles d'organismes vivants et sur la synthèse de modèles de plus en plus raffinés, devrait permettre d'autres découvertes sur les moyens de concevoir et réaliser des matériaux toujours plus sophistiqués et "intelligents" pour des applications biologiques ou technologiques.
Notes:
(1) Molécules de silice en solution
(2) La silice est le constituant majoritaire de la croûte terrestre et communément utilisé sous forme de verre
Source: CNRS
Source: © Emilie Pouget / photothèque du CNRS