Une nouvelle classe de nanoparticules organiques prometteuse pour diverses applications

Les nanoparticules ont une grande variété d’applications, de l’administration de médicaments à l’électronique en passant par la purification de l’air. Leur petite taille et leurs propriétés ajustables les rendent particulièrement précieuses pour les avancées technologiques et la recherche scientifique. Lorsque des polymères fabriqués à partir de nanoparticules sont greffés ensemble, la fonctionnalité des matériaux peut être améliorée.

Les nanoparticules organiques (oNP) sont chimiquement plus polyvalentes que leurs homologues inorganiques, permettant une fonctionnalisation et une personnalisation pour s’adapter à des applications biomédicales et technologiques spécifiques. Cependant, les matériaux existants étaient limités en termes de propriétés mécaniques et d’adaptabilité chimique.

Une étude récente publiée par le Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS) examine l’impact de l’hyperramification et de la réticulation chimique de l’oNP, un processus par lequel les deux mécanismes combinés parviennent à un réseau de liaison dense.

Dirigés par Krzysztof Matyjaszewski, professeur au département de chimie de Carnegie Mellon, et Michael Bockstaller, professeur au département des sciences et de l’ingénierie des matériaux, les résultats de la recherche démontrent la capacité de réguler à la fois les attributs fonctionnels et les propriétés élastiques, ce qui rend la nouvelle approche « ascendante » adaptée à la création de matériaux fonctionnels pour une large gamme d’applications. Les travaux, qui ont été soutenus par le bureau des sciences énergétiques fondamentales du département de l’énergie et réalisés en collaboration avec des chercheurs de l’université de Houston et de l’institut Max Planck de recherche sur les polymères en Allemagne, font progresser la compréhension fondamentale des paramètres qui contrôlent les propriétés des oNP et des méthodes chimiques qui permettent leur synthèse.

« Grâce à la combinaison de ces processus, nous avons pu démontrer la capacité des nanoparticules organiques à présenter une rigidité de type inorganique », a déclaré Bockstaller.

Ce niveau avancé de contrôle de la structure et des propriétés des oNP a été rendu possible par une méthode nouvelle et précise de synthèse de nanoparticules fonctionnelles utilisant la polymérisation radicalaire par transfert d’atomes (ATRP) développée par l’étudiant au doctorat en chimie Rongguan Yin, premier auteur de l’étude.

« Les nanoparticules organiques fonctionnalisées conçues et préparées avec précision par ATRP sont, en fait, de nouvelles macromolécules uniques gigantesques dont la masse molaire atteint des valeurs de 100 millions de Daltons », a déclaré Matyjaszewski.

Une caractéristique importante du nouveau système oNP est ses caractéristiques de macroinitiateur qui permettent une modification polyvalente de la greffe. Les oNP attachées par brosse qui en résultent ouvrent la voie à des applications innovantes dans toute une gamme de technologies de nanomatériaux par assemblage direct ou intégration.

« L’incorporation des fonctionnalités décrites dans ce travail ouvre la porte aux nanoparticules organiques pour améliorer encore les propriétés optiques des matériaux », a déclaré Bockstaller.

Les recherches à venir des groupes Bockstaller et Matyjaszewski s’appuieront sur ces recherches pour explorer davantage les opportunités de fonctionnalisation telles que la fluorescence pour cette nouvelle classe d’oNP et mesurer leurs performances dans des applications pratiques.