L’émergence du borophène

Le graphène, autrefois surnommé le « matériel miracle », semble avoir trouvé un rival de taille. Des chercheurs de l’université d’État de Pennsylvanie ont réussi à créer une nouvelle matière qui dépasse les incroyables propriétés du graphène, considéré jusqu’alors comme une avancée majeure dans le domaine des matériaux.

Le graphène, une découverte primée mais dépassée

Le graphène, découvert en 2004, a valu à Andre Geim et Konstantin Novoselov de l’Université de Manchester le prix Nobel il y a environ 14 ans. Il se compose d’une seule couche d’atomes de carbone arrangés en une structure bidimensionnelle en nid d’abeilles. Bien que très mince, il est environ 100 fois plus résistant que l’acier.

Outre sa robustesse, le graphène est l’un des meilleurs conducteurs électriques connus et possède une flexibilité impressionnante, permettant de le plier ou de l’étirer sans perdre ses propriétés. Sa transparence le rend également capable de laisser passer la lumière, des caractéristiques qui lui ont ouvert de nombreuses applications, notamment dans le domaine médical.

Des avancées dans la recherche sur le borophène

Une nouvelle étude publiée dans la revue ACS Nano annonce une version modifiée du borophène, matériau bidimensionnel qui est plus conducteur, fin, léger, robuste et flexible que le graphène.

Le borophène, fine couche atomique de bore, a été fabriqué pour la première fois en 2015. Les chercheurs ont amélioré ses propriétés en lui conférant une caractéristique « spiralée » ou « chirale ».

Chiralité : ce que cela signifie

La « chiralité » signifie qu’il existe deux versions d’un objet qui sont des images miroir l’une de l’autre sans être superposables, comme les mains gauche et droite. Cette propriété peut affecter le fonctionnement de certaines molécules dans notre corps, rendant une version utile comme médicament tandis que l’autre pourrait être inefficace ou nuisible.

Pour le borophène, acquérir cette chiralité change la façon dont il interagit avec les cellules et les molécules du corps, rendant son utilisation prometteuse pour des dispositifs médicaux ou un ciblage précis des médicaments.

Procédé de production : donner des propriétés chiral au borophène

La chiralité du borophène a été obtenue par les étapes suivantes :

• Utilisation de la poudre de bore : Les chercheurs ont commencé avec de la poudre de bore, traitée par ultrasons pour la réduire en fines couches atomiques, formant ainsi des feuilles plates appelées feuilles de borophène.
• Mélange avec des acides aminés : Les feuilles de borophène ont été mélangées avec différents acides aminés en solution liquide. Les acides aminés, qui sont des molécules chiral, ont attaché leurs atomes de soufre aux feuilles de borophène.
• Transfert de la chiralité : La liaison des atomes de soufre aux feuilles de borophène a transmis la chiralité des acides aminés aux feuilles, les rendant chiral (dextrogyre ou lévogyre).
• Observation des préférences de liaison : Les chercheurs ont constaté que les atomes de soufre préféraient certaines positions de liaison sur le borophène par rapport aux atomes d’azote, influençant ainsi le transfert de la chiralité.
• Test des interactions cellulaires : Les feuilles de borophène chiral ont été exposées à des cellules de mammifères en laboratoire, et les chercheurs ont observé différentes interactions des feuilles dextrales et lévogyres avec les membranes cellulaires.

Révolution dans les applications

Le professeur Dipanjan Pan, du département des sciences et ingénierie des matériaux et de l’ingénierie nucléaire de l’Université d’État de Pennsylvanie, anticipe que le borophène chiral pourrait révolutionner plusieurs domaines :

• Dispositifs médicaux et greffons : Utilisables pour développer des capteurs biomédicaux très sensibles capables de détecter des biomolécules spécifiques avec une grande précision, améliorant ainsi les outils de diagnostic et de surveillance en temps réel des processus biologiques.
• Systèmes de distribution de médicaments : La capacité du borophène chiral à interagir différemment avec divers types de cellules pourrait être exploitée pour cibler spécifiquement les cellules cancéreuses, réduisant les effets secondaires et augmentant l’efficacité des traitements.
• Imagerie médicale : Le borophène chiral pourrait améliorer les techniques d’imagerie médicale, offrant un meilleur contraste et des images plus détaillées des tissus et des cellules.
• Énergie et électronique : Grâce à sa flexibilité et sa haute conductivité électrique, le borophène chiral pourrait être idéal pour développer la prochaine génération de dispositifs électroniques flexibles, y compris les capteurs et les écrans portables, ainsi que pour des solutions de stockage d’énergie plus efficaces.

Recherches biologiques et catalyseurs chimiques

En plus des applications mentionnées, Hamdi Al-Ghaity, chercheur en sciences des matériaux à l’Université de Lund en Suède, affirme que les propriétés du borophène chiral peuvent être exploitées pour étudier les interactions avec diverses biomolécules, facilitant ainsi la compréhension des processus biologiques fondamentaux.

Al-Ghaity suggère également l’utilisation du borophène chiral comme catalyseur dans des réactions chimiques, notamment celles nécessitant une configuration stéréospécifique, comme la production de produits pharmaceutiques. Sa sensibilité aux différentes molécules pourrait également permettre la création de capteurs pour détecter les polluants ou les substances dangereuses dans l’environnement.

Comme le graphène, Al-Ghaity prévoit que de nombreuses autres applications du borophène chiral pourraient voir le jour, alors que les chercheurs continuent de découvrir de nouvelles avenues en manipulant ce matériau révolutionnaire à l’échelle nanométrique.