Une nouvelle machine moléculaire pour les applications énergétiques et nanomédicales

Une machine moléculaire est une série de molécules qui peuvent effectuer différents mouvements mécaniques en réponse à un stimulus. C’est une structure clé pour le développement de différentes fonctions cellulaires. La professeure Lluïsa Pérez-García, de la Faculté de pharmacie et des sciences alimentaires de l’UB, a participé à une recherche internationale menée par l’Université de Nottingham, qui a créé une machine moléculaire artificielle contrôlée par la lumière.

Cette étude, publiée dans la revue Nature Chemistry, est une première étape pour le développement d’une nouvelle famille de ces structures moléculaires avec des applications potentielles tant dans le domaine de la nanomédecine que dans le domaine de l’énergie.

Imiter les moteurs moléculaires cellulaires

Une partie essentielle des fonctions des cellules dans les organismes vivants est que les moteurs moléculaires (un type de machines moléculaires) parcourent des voies moléculaires spécifiques. Le nouveau système émule pour la première fois un mouvement du genre qui se produit le long des fibres des cellules. Selon les auteurs de l’étude, les résultats de la recherche seraient l’exemple d’une machine moléculaire artificielle qui serait probablement plus proche des moteurs moléculaires cellulaires, écrit l’université de Barcelone dans un communiqué.

Voici une vidéo en anglais parlant de ce processus :

Dans cette étude, ils ont montré qu’une fibre moléculaire synthétique auto-fabriquée dans un liquide se comporte comme un chemin pour le mouvement d’un voyageur moléculaire sur une distance 10 000 fois sa longueur. La lumière agit comme un carburant pour favoriser le mouvement, tandis qu’un interrupteur moléculaire mélangé au système propulse le voyageur sur son chemin, note Lluïsa Pérez-García, également chercheuse à l’Institut de nanosciences et nanotechnologies de l’UB.

Molécules fluorescentes

Les chercheurs ont utilisé des interactions entre des groupes chimiques de charges opposées créant un mouvement dans ce système statique : une molécule cationique auto-assemblée formant des fibres (le chemin), auxquelles s’ajoute une molécule anionique fluorescente (le voyageur). Le troisième élément est une molécule anionique qui se comporte comme un interrupteur moléculaire qui, lorsqu’il s’éclaire avec une lumière bleu-violet, affaiblit l’interaction des molécules voyageuses avec le chemin et améliore le mouvement de celles-ci à travers le chemin.

Les interrupteurs moléculaires libèrent la chaleur sous irradiation, un effet qui aide le voyageur moléculaire à se déplacer, de sorte que le mouvement mécanique de l’interrupteur et la chaleur dégagée sont importants pour le fonctionnement du système. Pour observer ces effets, les chercheurs ont utilisé un microscope optique spécial qui permettait à la fois d’exciter les molécules, les faisant bouger, et de les observer lorsqu’elles s’éclairaient, puisque les molécules voyageuses étaient fluorescentes.

Transporter des molécules chargées d’un endroit à un autre

Le défi suivant pour les chercheurs est de transporter d’autres molécules d’un endroit à un autre de manière contrôlée, et d’imiter la nature pour qu’elles puissent porter une charge, mais en utilisant la lumière comme source d’énergie. Ce système pourrait être utilisé pour effectuer des tâches chimiques, peut-être dans des dispositifs miniaturisés pour détecter des produits chimiques, et dans l’application de médicaments activés par la lumière, note le chercheur.

Une autre application potentielle est de trouver de nouvelles façons d’utiliser l’énergie lumineuse. Puisqu’ils travaillent à déplacer les voyageurs d’un endroit à un autre, s’ils prennent l’énergie que produit ce nouveau système, ce serait un moyen simple d’obtenir de l’énergie, conclut-elle.