Une nouvelle étude révèle la clé du développement durable et écologique

Les polymères supramoléculaires constituent une nouvelle classe de polymères actuellement évalués pour leurs applications matérielles. Ces composés intéressants jouent également un rôle important dans les activités cellulaires de l’organisme. « Supra », comme son nom l'indique, est attribué à des propriétés uniques qui vont au-delà de celles des polymères conventionnels.

Contrairement aux polymères traditionnels, qui sont maintenus ensemble par des liaisons covalentes fortes et irréversibles, les polymères supramoléculaires sont maintenus ensemble par des liaisons hydrogène réversibles plus faibles. Ils peuvent s'assembler et se démonter de manière réversible, sont très polyvalents et peuvent être utilisés pour développer des thérapies ciblées d'administration de médicaments, des capteurs pour détecter des polluants, des marqueurs de diagnostic, des dispositifs de stockage d'énergie, des produits de soins personnels et des matériaux auto-réparables et recyclables. Leur excellente recyclabilité en fait de merveilleuses molécules candidates pour des applications durables ; cependant, il existe un obstacle : les chercheurs n’ont pas encore compris comment contrôler la croissance de leurs polymères.

Il y a cependant eu des progrès dans ce domaine. Les chercheurs sont désormais capables de construire des polymères « improbables » en déclenchant leur assemblage avec des « graines », permettant ainsi de contrôler la croissance de leurs polymères. Il existe deux mécanismes principaux par lesquels se produit cet auto-assemblage induit par l'ensemencement : la nucléation primaire ou l'élongation, où le polymère se développe à partir de son extrémité, et la nucléation secondaire, où de nouvelles molécules rejoignent le polymère en se collant à sa surface. La distinction entre ces processus est importante car elle permet aux chercheurs de mieux contrôler et manipuler la croissance de ces polymères uniques. Malheureusement, dans la plupart des cas d’auto-assemblage ensemencé, la nucléation primaire et secondaire peut être difficile à distinguer.

Pour résoudre ce problème, un groupe de chercheurs dirigé par le professeur Shiki Yagai de l'Université de Chiba a cherché à comparer et à étudier l'impact de ces deux processus tout en définissant le rôle d'une « polymérisation supramoléculaire ensemencée » précisément contrôlable. Leur objectif était de comprendre comment différentes formes de graines affectent la formation de nouveaux polymères supramoléculaires ; leurs résultats ont été publiés pour la première fois le 10 mai 2023, puis parus dans le volume 59, numéro 48 de Chemical Communications le 18 juin 2023. Le professeur Yagait nous explique ce qui a motivé l'équipe à poursuivre ce sujet de recherche : « En raison de la difficulté de contrôlant la polymérisation, les polymères supramoléculaires n’ont pas encore atteint le point d’application pratique même si trois décennies se sont écoulées depuis leur création en tant que concept. Il est cependant convaincu qu'en raison de leur polyvalence, des recherches plus approfondies dans ce domaine mèneront probablement à des applications généralisées de ces polymères auto-organisés dans notre vie quotidienne.

Pour leurs expériences, les chercheurs ont utilisé deux polymères supramoléculaires comme « graines ». Alors qu'une graine en forme d'anneau à extrémité fermée avait été utilisée dans une étude précédente, une graine hélicoïdale à extrémité ouverte a été nouvellement préparée. Ils ont découvert que lorsque la graine hélicoïdale à extrémité ouverte était utilisée, elle agissait comme un modèle permettant aux molécules cibles de s'attacher et de croître plus longtemps. D’un autre côté, lorsque la graine en forme d’anneau et aux extrémités fermées était utilisée, elle ne s’allongeait pas, mais servait plutôt de surface sur laquelle de nouvelles molécules pouvaient s’attacher et former des amas, comme une plate-forme pour de nouvelles structures.

Cette recherche montre que le type de germe utilisé dans les polymères supramoléculaires à auto-assemblage influence la manière dont les molécules s'assemblent et la forme finale des structures formées. Cela ouvre des possibilités passionnantes pour diverses applications, depuis les matériaux auto-réparables et plus facilement recyclables jusqu'aux systèmes d'administration de médicaments, technologies de détection et dispositifs de stockage d'énergie plus avancés. Comme le déclare le professeur Yagai : « En comprenant ces processus d'assemblage, nous pouvons concevoir et développer la prochaine génération de polymères plus précis et plus respectueux de l'environnement, dotés de structures et de propriétés sur mesure. L'application pratique des polymères supramoléculaires nous permettra de produire des matériaux plastiques à moindre consommation d'énergie. consommation et réduire l'énergie nécessaire au recyclage.