Nano-moteurs et navettes moléculaires pour déplacer des gouttelettes

Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans le dernier numéro de "Nature Materials" et présentés la semaine dernière lors du BA Festival of Science de Dublin (Irlande). Les chercheurs indiquent que leur technique pourrait trouver des applications dans les labopuces, dans l'exécution de réactions chimiques sur une échelle microscopique et sans réacteur, et dans le domaine du relargage de médicaments, des matériaux intelligents et des muscles artificiels.

Les machines moléculaires sont courantes en biologie, où elles concourent à l'accomplissement de fonctions biologiques allant du mouvement des muscles dans l'organisme jusqu'à la photosynthèsephotosynthèse. De nombreux scientifiques travaillent déjà avec des "machines moléculaires", procédé qui implique la mise en mouvement contrôlée de molécules. Réaliser des machines artificielles minuscules n'est cependant pas une tâche aisée, attendu que les lois physiquesphysiques régissant le comportement au niveau moléculaire diffèrent des lois conventionnelles. La percée obtenue par l'équipe de chercheurs sous la houlette des Ecossais tient au fait que, pour la première fois, les scientifiques ont été capables de faire interagir ces minuscules machines, à l'échelle du nanomètrenanomètre, avec des objets visibles à l'oeil nu, les mettant en contact avec le monde réel qui nous entoure.

L'équipe de recherche a mis au point une technique permettant de recouvrir une surface d'or d'une simple couche de molécules de rotaxanerotaxane, des "navettes" moléculaires synthétiques qui modifient les propriétés de la surface à laquelle elles sont fixées en réponse à un stimulus lumineux, effectuant un mouvement d'un millionième de millimètre vers le haut ou vers le bas lorsqu'elles sont exposées à la lumièrelumière. Pour faire bouger une gouttelette liquideliquide, l'équipe a concentré un faisceau de lumière sur l'un des côtés de la goutte : le gradientgradient ainsi induit dans l'énergieénergie libre de surface sur la longueur de la goutte a permis de mouvoir une gouttelette d'un microlitre non seulement à travers une surface plane, mais aussi le long d'une pente d'un millimètre et inclinée de 12 degrés vers le haut, contre la force de gravitégravité. Même s'il s'agit d'un mouvement minuscule, le rendement du phénomène est gigantesque à cette échelle et équivaudrait à celui d'une mécanique conventionnelle qui utiliserait un déplacement de pistons d'un millimètre pour hisser un objet à deux fois la hauteur du plus haut bâtiment du monde.

David Leigh, le "professeur Forbes" de la chimiechimie organique et responsable de l'équipe de l'université d'Edimbourg, déclare : "La nature utilise des molécules en tant que moteurs et machines de tous types dans l'ensemble des processus biologiques et chimiques. Bien que l'homme commence à peine à comprendre comment construire et contrôler des machines moléculaires, les sciences et l'ingénierie à l'échelle du nanomètre pourraient avoir un impact positif sur la qualité de vie dans la société humaine comparable en ampleur à ce que furent l'électricité, les machines à vapeur, le transistor et InternetInternet".