Des scientifiques allemands ont développé une nouvelle classe de moteurs moléculaires qui tournent de manière unidirectionnelle à des vitesses allant jusqu'à 1 kHz lorsqu'ils sont exposés à la lumière du soleil à température ambiante. Cette combinaison unique de fonctionnalités ouvre de nouvelles applications en nano-ingénierie.

Les moteurs moléculaires sont des composés chimiques synthétiques qui peuvent convertir l'énergie fournie de l'extérieur en mouvement mécanique. De telles molécules, qui sont spécifiquement conçus pour exécuter des mouvements directionnels en réponse à un stimulus spécifique, sont une condition préalable essentielle à la construction de nanomachines utiles. Parmi les types les plus prometteurs de "blocs moteurs" moléculaires figurent des substances dont la conformation tridimensionnelle peut être altérée par l'exposition à la lumière. "Toutefois, tous les moteurs moléculaires activés par la lumière décrits jusqu'à présent utilisent la lumière UV comme source d'énergie. Mais cela restreint considérablement leur champ d'application potentiel, car ses photons à haute énergie peuvent avoir des effets délétères sur la nanomachine dans son ensemble, " explique le Dr Henry Dubé, qui est au départ de LMU Communication Nature ment de la chimie. Dube et ses collègues ont maintenant trouvé un moyen de contourner cet obstacle :ils ont développé une nouvelle classe de rotors moléculaires qui peuvent être entraînés par la lumière visible - qui est moins énergétique que le rayonnement UV et donc moins susceptible de compromettre le fonctionnement de systèmes plus complexes. Les chercheurs décrivent le composé et ses propriétés dans un article publié dans Communication Nature .

La base du moteur moléculaire nouvellement développé est la molécule hemithioindigo. Hemithioindigo est un photocommutateur, qui est composé de deux molécules organiques, qui sont reliés par une double liaison carbone. L'exposition à la lumière altère la structure de l'hémithioindigo, la faisant tourner autour de la double liaison centrale. Contrairement aux moteurs activés par la lumière décrits précédemment, la rotation du moteur à base d'hémithioindigo nécessite la lumière visible la moins énergétique - et elle tourne extrêmement vite :les chercheurs ont démontré que la molécule tourne - unidirectionnellement - environ 1000 fois par seconde à température ambiante. "Nous avons nous-mêmes été surpris que le moteur fonctionne si bien, car il est connu que de nombreux moteurs moléculaires ne tournent pas régulièrement dans une direction, mais aussi tourner dans le sens inverse dans une certaine mesure, " dit Dube. " Compte tenu de la complexité impliquée dans la conception de telles molécules motrices, c'est vraiment étonnant que nous ayons acquis un contrôle total sur le sens de rotation du premier coup."

Le fait que le nouveau composé puisse être alimenté par la lumière visible signifie également qu'il est beaucoup plus polyvalent que les moteurs moléculaires alimentés par la lumière décrits précédemment. "Mais nous avons un long chemin à parcourir avant que les moteurs moléculaires puissent être intégrés dans des nanomachines plus complexes pour exécuter des fonctions plus compliquées que le mouvement de rotation dirigé que nous avons maintenant démontré, » précise Dube. « L'objectif à long terme dans ce domaine est la miniaturisation des machines de travail jusqu'à la taille des molécules organiques. De telles nanomachines apporteraient une précision sans précédent dans le traitement ou la modification ciblée de la matière à l'échelle moléculaire, ouvrant des opportunités entièrement nouvelles dans de nombreux domaines de recherche, " il ajoute.