Les nanoparticules « nageuses » peuvent être utilisées pour nettoyer l’eau et le sol, selon les chercheurs

Les nanoparticules « nageuses » peuvent être utilisées pour nettoyer l'eau et le sol, selon les chercheurs

Des chercheurs de l’Université de Boulder, Colorado, ont découvert que les nanoparticules « nageant » ont la capacité de s’échapper des labyrinthes jusqu’à 20 fois plus rapidement que les autres micro-organismes, ce qui peut indiquer leur utilisation dans des projets de nettoyage de l’eau et du sol, ou même dans l’administration de médicaments. .

L’étude, publiée dans Actes de l’Académie nationale des sciences, parle du développement de nanoparticules synthétiques – littéralement, des robots à l’échelle nanométrique – qui apportent une capacité d’autopropulsion. Sa forme sphérique amène une réaction chimique se déroulant d’un côté mais pas de l’autre, permettant au corps d’extraire l’énergie de l’environnement qui l’entoure et de la convertir en mouvement directionnel.

Le diagramme montre des nanoparticules nageant, détaillées en rouge et vert, traversant un labyrinthe en 3D

Un schéma 3D montre les nanoparticules nageant créées par l’Université de Boulder : la conduite autonome leur permet de traverser plus rapidement des labyrinthes. Image : Haichao Wu/Université de Boulder

« Il s’agit de la découverte d’un phénomène entièrement nouveau, qui indique un large potentiel d’applications », a déclaré Daniel Schwartz, auteur de l’étude ; et Glenn L. Murphy, professeur de génie chimique et biologique.

Les nanoparticules nageuses ont été nommées « Janus » en référence à la divinité à deux têtes de la mythologie romaine. Ils sont essentiellement une conversion de nanoparticules passives (qui ont un mouvement aléatoire mais ne sont pas auto-entretenues). Ils ont été « entraînés » dans des environnements labyrinthiques afin d’évaluer leurs capacités d’autonomie. C’est là que la découverte a été faite.

« Dans la biologie des organismes vivants, la propulsion cellulaire est le mécanisme dominant qui provoque le mouvement. Et pourtant, dans les applications d’ingénierie, ce concept est rarement utilisé. Notre travail suggère qu’il y a beaucoup de choses que nous pouvons faire avec cette propulsion autonome », a déclaré Schwartz.

Lors des tests, les parois des labyrinthes étaient légèrement poreuses. Alors que les particules passives se déplaçaient de manière aléatoire le long de chemins prédéterminés, les nanoparticules nageant Janus utilisaient leurs mouvements dirigés pour rechercher des passages dans les parois elles-mêmes. Et étant donné la nature énergivore de leur ingénierie, ils avaient non seulement le mouvement en leur faveur, mais aussi la force de traverser les murs et de trouver des sorties plus rapidement.

« Nous connaissons déjà de nombreuses applications pour les nanorobots, en particulier dans les environnements confinés, mais nous ne savions pas vraiment comment ils se déplacent et quels sont leurs avantages par rapport aux particules passives », a déclaré Haichao Wu, un étudiant diplômé en génie chimique et biologique qui a également signe le papier.

« C’est pourquoi nous avons fait cette comparaison entre les deux modèles », a-t-il poursuivi. « Et nous avons découvert que les nano-adavers sont capables d’utiliser des moyens totalement différents pour se déplacer dans ces environnements labyrinthiques. »

De plus, les nanoparticules nageant sont de taille évolutive : celles appliquées dans le test étaient d’environ 250 nanomètres (un peu plus épaisses qu’un cheveu), mais étant donné les capacités d’ingénierie de chacune, il est possible de les faire voyager dans des environnements microscopiques sans trop de difficulté. Ceci est particulièrement intéressant, par exemple, en médecine, notamment pour administrer des médicaments à l’organisme pour des traitements cliniques.

Selon les scientifiques, la prochaine étape consiste à évaluer comment ces nanoparticules se comportent en groupes dans des environnements confinés. « Cet article n’est que la première étape : il crée un modèle d’image de la plate-forme qui nous permet de répondre à un certain nombre de questions », a déclaré Wu. « La prochaine étape consiste à appliquer ce modèle à une plus grande population de nano-adavers, pour étudier comment ils interagissent les uns avec les autres dans un espace limité. »