De ci, de là, cahin-caha, va chemine, va trottine

Physique

Posté par Michel le Samedi 5 Mars 2011 à 12:00:11

Une percée dans la conception de moteurs moléculaires

Des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et de l'Université de Bordeaux, en collaboration avec une équipe chinoise⁽¹⁾, ont réalisé le premier piston moléculaire capable de s'auto-assembler.
Ces recherches représentent une avancée technologique significative dans la conception de moteurs moléculaires. Un tel piston pourrait, par exemple, servir à fabriquer des muscles artificiels ou à créer des polymères à la rigidité contrôlable.
Ces résultats sont publiés le 4 mars 2011 dans la revue Science.

Les organismes vivants ont largement recours à des moteurs moléculaires pour remplir certaines de leurs fonctions vitales comme stocker l'énergie, permettre le transport cellulaire ou même se propulser dans le cas des bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique...).
Les agencements moléculaires de ces moteurs étant extrêmement complexes, les scientifiques cherchent à créer leurs propres versions, plus simples.
Le moteur développé par l'équipe internationale emmenée par Ivan Huc⁽²⁾, chercheur CNRS  au sein de l'Unité "Chimie et biologie des membranes et des nano-objets" (CNRS/Université de Bordeaux), est un "piston moléculaire". Comme un véritable piston, il est constitué d'un axe sur lequel glisse une pièce mobile, à la différence près que l'axe et la pièce ne mesurent que quelques nanomètres de long.

a) Assemblage irréversible d'un axe et d'un anneau glissant le long de ce dernier.
b) Assemblage réversible d'une hélice s'enroulant lentement autour d'un axe puis glissant rapidement sur celui-ci.

Plus précisément, l'axe est formé d'une molécule longiligne, tandis que la pièce mobile est une molécule en forme d'hélice (toutes deux sont des dérivés de molécules organiques spécialement synthétisés pour l'occasion). Comment le mouvement de la molécule hélicoïdale est-il possible le long de l'axe ? C'est l'acidité du milieu dans lequel baigne le moteur moléculaire qui contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) l'avancée de l'hélice sur l'axe: en augmentant l'acidité, on pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) l'hélice vers une extrémité de l'axe, car elle possède alors une affinité pour cette portion de la molécule filiforme ; en réduisant l'acidité, on inverse le processus et l'hélice fait machine arrière.
Ce dispositif offre un avantage essentiel par rapport aux pistons moléculaires déjà existants: l'auto-assemblage. Dans les versions précédentes, qui prennent la forme d'un anneau glissant sur une tige, la pièce mobile passe mécaniquement à travers l'axe avec une extrême difficulté. A l'inverse, le nouveau piston se construit tout seul: les chercheurs ont conçu la molécule hélicoïdale spécifiquement pour qu'elle vienne s'enrouler spontanément autour de l'axe, tout en conservant une certaine liberté de mouvement ensuite pour ses déplacements latéraux.
En permettant une fabrication à grande échelle du piston moléculaire, cette faculté d'auto-assemblage laisse espérer voir fleurir rapidement des applications. Les domaines concernés sont variés: biophysique (La biophysique est une discipline à l'interface de la physique et la biologie où les outils d'observations des phénomènes physiques sont appliqués aux molécules d'intérêt biologique.), électronique, chimie (La chimie est la science qui étudie la composition et les réactions de la matière.)... En greffant bout à bout plusieurs pistons, on pourrait, par exemple, réaliser une version simplifiée d'un muscle artificiel, capable de se contracter sur commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.). Une surface (Il existe de nombreuses acceptions au mot surface, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, souvent abusivement confondu avec sa mesure - l'aire ou la superficie.) hérissée de pistons moléculaires deviendrait, à loisir, un conducteur ou un isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes. On distingue : les isolants électriques, les isolants thermiques, les isolants phoniques et les isolants mécaniques. Le contraire d'un isolant est un conducteur (électricité et chaleur), ou transmetteur (mécanique et son).) électrique. Dernière idée: on peut imaginer une version grand format de l'axe sur lequel glisseraient plusieurs hélices, ce qui fournirait un polymère à la rigidité mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un mouvement, une force, une déformation. On parle ainsi de mécanique générale, de génie mécanique, de mécanique automobile, de sports...) ajustable. On le voit, les possibilités de ce nouveau piston moléculaire sont (presque) infinies.
Notes:
(1) du Beijing National Laboratory for Molecular Sciences
(2) Son équipe fait partie de l'Institut européen de chimie et biologie.
Références:
Helix-Rod Host-Guest Complexes with Shuttling Rates Much Faster than Disassembly. Quan Gan, Yann Ferrand, Chunyan Bao, Brice Kauffmann, Axelle Grélard, Hua Jiang, Ivan Huc. Science. 4 mars 2011.

Source: CNRS
Illustration: © Yann Ferrand / CNRS

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