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Des ingénieurs de l’Université de Californie à Riverside ont modifié un virus pour disposer des atomes d’or dans des sphéroïdes de quelques nanomètres de diamètre. Cette découverte pourrait rendre la production de certains composants électroniques moins chers, plus facile et plus rapide à produire.

Des matériaux moins chers et plus performants

« La nature assemble des nanostructures complexes et hautement organisées depuis des millénaires avec une précision et une spécificité bien supérieures aux approches technologiques les plus avancées », a déclaré Elaine Haberer, professeur de génie électrique et informatique au Collège d’ingénierie UCR Marlin et Rosemary Bourns.

« En comprenant et en exploitant ces capacités, cette extraordinaire précision à l’échelle nanométrique pouvait être utilisée pour adapter et créer des matériaux très avancés avec des performances jusqu’alors inatteignables. »

Les virus existent sous une multitude de formes et contiennent une large gamme de récepteurs qui se lient aux molécules. La modification génétique des récepteurs pour se lier aux ions des métaux utilisés en électronique amène ces ions à se «coller» au virus, créant un objet de la même taille et de la même forme. Cette procédure a été utilisée pour produire des nanostructures utilisées dans des électrodes de batterie, des supercondensateurs, des capteurs, des outils biomédicaux, des matériaux photocatalytiques et des systèmes photovoltaïques.

La forme naturelle du virus a limité la gamme des formes métalliques qu’il était possible de faire. La plupart des virus peuvent changer de volume selon différents scénarios, mais résistent aux modifications de leur architecture de base qui autoriseraient la formation d’autres formes.

Le bactériophage M13 est cependant plus flexible. Les bactériophages sont un type de virus qui infecte les bactéries, notamment les bactéries à Gram négatif, comme Escherichia coli, qui sont omniprésentes dans le tube digestif des humains et des animaux. Les bactériophages M13 génétiquement modifiés pour se lier à l’or sont généralement utilisés pour former de longs nanofils dorés.

Le sphéroïde M13 a été inexploré

Des études sur le processus d’infection du bactériophage M13 ont démontré que le virus peut être transformé en sphéroïde lors d’une interaction avec de l’eau et du chloroforme. Pourtant, jusqu’à maintenant, le sphéroïde M13 a été complètement inexploré en tant que modèle de nanomatériau.

Le groupe Haberer a ajouté une solution ionique dorée aux sphéroïdes M13, créant ainsi des nanobilles en or qui sont épineuses et creuses.

« La nouveauté de notre travail réside dans l’optimisation et la démonstration d’un modèle viral, qui surmonte les contraintes géométriques associées à la plupart des autres virus », a déclaré M. Haberer. « Nous avons utilisé un processus de conversion simple pour que le virus M13 synthétise des nanobilles sphériques inorganiques de plusieurs dizaines de nanomètres de diamètre, ainsi que des nanofils de près de 1 micron de long. »

Les chercheurs utilisent les nanobilles en or pour éliminer les polluants des eaux usées grâce à un meilleur comportement photocatalytique. Ce travail améliore l’utilité du bactériophage M13 en tant que support pour la synthèse de nanomatériaux. Les chercheurs pensent que la figure de transformation du modèle de bactériophage M13 décrite dans cet article pourra être étendue aux bactériophages apparentés. Ce qui permettrait de réduire encore plus le prix de production de composants électroniques.

Des appareils électroniques moins chers

Cela pourrait avoir des répercussions positives sur tous les appareils électroniques que nous utilisons, comme les smartphones et les appareils photo, ainsi que les consoles de jeux vidéo qui sont très populaires chez la jeune génération. En fait, il n’y aurait aucune limite, car la plupart des appareils sont produits avec des composants électroniques.

Les auteurs

Cet article, intitulé « Les sphéroïdes des bactériophages M13 utilisés comme échafaudages pour la synthèse dirigée de nanostructures en or en épi », a été publié dans le numéro du 21 juillet de Nanoscale. Parmi les autres auteurs, tous basés à UCR, citons Tam-Triet Ngo-Duc, étudiant au doctorat en science des matériaux et en ingénierie; Joshua M. Plank, étudiant au doctorat en génie électrique et informatique; Gongde Chen, doctorant en génie chimique et environnemental; Reed E. S. Harrison, étudiant au doctorat en bioingénierie; Dimitrios Morikis, professeur de génie biologique; et Haizhou Liu, professeur de génie chimique et environnemental.

Ce projet est soutenu par le numéro N00014-14-1-0799 du Bureau américain de la recherche navale.

Source : University of California – Riverside