Comment concevoir des matériaux innovants en « sculptant » des nanostructures toujours plus fines et aux propriétés inédites ? Tandis que l'approche top-down adoptée en micro-électronique (photolithographie) marque le pas avec une finesse de motif voisine de 20 nm, l'auto-assemblage de protéines (bottom-up) apparaît prometteuse mais souffre de plusieurs défauts.
- La nanostructure est pour l'instant formée d'une seule couche de protéines (épaisseur de quelques nm seulement).
- Le greffage de molécules reste un défi.
Pour repousser ces limites, des chercheurs de l'Irig ont exploité les propriétés d'une protéine de Ginkgo biloba (LEAFY) pour construire des structures en nid d'abeilles. Leurs pores ont un diamètre de 5 nm et sont espacés de 8 nm ; leur épaisseur atteint 31 nm, soit la hauteur de l'empilement de 40 protéines. Chacune des protéines possédant des acides aminés modifiables et fonctionnalisables à l'intérieur des pores, la nanostructure offre une grande variété de liaisons chimiques possibles avec des ligands sur un nombre colossal de sites de greffage (plus de 500.000 par µm²) ! Les chercheurs sont ainsi parvenus à métalliser sélectivement l'intérieur des pores avec du nickel et de l'or.
Comment les scientifiques ont-ils confectionné ces nids d'abeilles ? Chez les plantes à fleurs, la protéine LEAFY a naturellement la capacité de s'auto-assembler (via un « domaine d'oligomérisation ») afin de favoriser la transcription de l'ADN en ARN pour la floraison. In vitro, ce domaine forme spontanément des polymères hélicoïdaux correspondant à l'empilement de 40 couches de protéines qui s'imbriquent ensuite les uns dans les autres pour constituer les nids d'abeilles.
L'ensemble de ses propriétés font de cette nanostructure une « plateforme » polyvalente intéressant aussi bien la biocatalyse, les biocapteurs ou le photovoltaïque. De plus, ses dimensions nanométriques permettent d'envisager la production de masques de lithographie susceptibles de concurrencer les technologies actuelles telles que les copolymères à blocs.