Depuis des décennies, les scientifiques ont essayé de créer une véritable chaîne moléculaire :un ensemble répété de minuscules anneaux imbriqués les uns dans les autres. Dans une étude en Science publié en ligne le 30 novembre Des chercheurs de l'Université de Chicago ont annoncé la première méthode confirmée pour fabriquer une telle chaîne moléculaire.

De nombreuses molécules décrites comme « liées » sont reliées par des liaisons covalentes fixes, et non par deux anneaux imbriqués se déplaçant librement. La distinction fait une grande différence en ce qui concerne la façon dont la chaîne se déplace.

« Pensez à suspendre une chaîne en argent à votre paume :elle s'effondre facilement dans une piscine plate et peut s'écouler de votre main, très différent d'un chapelet de perles fixes, " dit Stuart Rowan, professeur à l'Institut d'ingénierie moléculaire et au département de chimie d'UCicago et auteur principal de l'article.

Les chaînes imbriquées plus longues pourraient fabriquer des matériaux ou des machines aux propriétés intrigantes, les chercheurs ont dit. Les polymères - des matériaux constitués d'unités répétées réunies - sont extrêmement utiles dans la vie quotidienne, faire tout, des plastiques aux protéines; et cette nouvelle façon de combiner les unités répétées pourrait ouvrir de nouvelles voies en ingénierie.

"Une tige métallique est rigide, mais une chaîne métallique faite du même matériau est très flexible, " a déclaré Qiong Wu, chercheur postdoctoral à UChicago, le premier auteur sur le papier. "En gardant la même composition chimique mais en changeant l'architecture, vous pouvez changer radicalement le comportement du matériau."

Les techniques précédentes, dont une qui a valu à son inventeur une part du prix Nobel de chimie 2016, n'avaient pu relier au maximum que sept anneaux. Au lieu d'essayer de combiner des ensembles de deux ou trois boucles dans une chaîne plus grande, la nouvelle méthode combine un certain nombre d'anneaux fermés et de boucles ouvertes. Ils ont ajouté un ion métallique qui maintenait les boucles et les anneaux ensemble, a effectué une réaction pour fermer les boucles ouvertes, puis a retiré le métal pour révéler un ensemble de boucles imbriquées à la fois, deux douzaines de boucles ou plus.

Parce qu'ils sont si petits que chaque boucle mesure environ un nanomètre de diamètre, moins d'une centaine d'atomes, l'équipe a passé beaucoup de temps à prouver que la chaîne avait vraiment des boucles en rotation libre. Mais une combinaison de techniques expérimentales et informatiques a convaincu les chercheurs qu'elles étaient réelles.

Il a été théorisé que de telles chaînes devraient bien absorber l'énergie, une propriété utile pour amortir le son ou absorber les vibrations. Il devrait utiliser moins d'énergie pour s'effondrer dans des configurations plus petites, car il faut moins d'énergie pour déplacer un anneau que pour manipuler des liaisons covalentes. Il est même possible que les chaînes soient construites pour s'étendre et se contracter comme un accordéon en fonction d'un stimulus ; toutes les capacités intéressantes pour les petites machines.

"C'est vraiment une nouvelle architecture polymère, qui pourrait vous offrir tous les avantages des polymères, tels que des fonctionnalités puissantes et une possibilité de réglage, ainsi que la capacité de coordonner et de concevoir leur mouvement à très petite échelle, " a déclaré l'étudiant diplômé Phil Rauscher, également co-auteur.

« Nous sommes très enthousiastes à l'idée d'explorer leurs propriétés maintenant que nous savons comment les fabriquer, " dit Rowan.