Une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l'Université de Genève (UNIGE), La Suisse, a conçu une famille de molécules capables de se lier aux ions métalliques présents dans le milieu environnant et de fournir un signal lumineux facilement détectable lors de la liaison. Ce nouveau type de capteur forme une structure 3-D dont les molécules sont chirales, c'est-à-dire, structurellement identiques mais non superposables, comme les mains gauche et droite. Ces molécules se composent d'un anneau et de deux bras luminescents qui émettent un type particulier de lumière dans un processus appelé luminescence polarisée circulaire (CPL), et détecter sélectivement des ions tels que le sodium. Cette recherche a été publiée dans Sciences chimiques .

"Les bras luminescents de nos molécules fonctionnent comme des ampoules qui s'allument ou s'éteignent en fonction de la présence d'un ion chargé positivement, un cation métallique, " explique Jérôme Lacour, Doyen de la Faculté des Sciences de l'UNIGE et Professeur ordinaire au Département de chimie organique. Ces molécules peuvent être comparées à de petites mèches. Lorsqu'ils sont prêts à fonctionner et à détecter la présence de métaux, ils émettent un type particulier de lumière (polarisée circulairement). Lorsqu'un ion métallique est inséré, il agit sur eux comme une clé, la géométrie de la serrure change et la lumière disparaît.

Ces « verrous » sont constitués de deux parties :un anneau (une couronne d'éther) pouvant encercler des ions métalliques comme le sodium, et deux bras torsadés qui s'étendent de la jante et agissent comme des ampoules, permettant aux chercheurs de détecter si des ions métalliques sont présents ou non. En l'absence d'ions métalliques, les deux bras sont rapprochés et émettent une luminescence polarisée intense. Lorsqu'un ion métallique est inséré, la molécule change de géométrie. Les bras s'écartent et arrêtent d'émettre de la lumière.

Molécules faciles à lire

Vous pouvez également « retirer la clé » en ajoutant une molécule de piégeage. La luminescence des deux bras est alors complètement récupérée. Cette fonction marche/arrêt peut être répétée sur plusieurs cycles marche/arrêt, rendant ces molécules efficaces et faciles à lire. La molécule se comporte ainsi comme un interrupteur; il donne un signal clair dont les applications pratiques pourraient être nombreuses, à commencer par la détection de métaux dans l'environnement.

La conception de tels interrupteurs réversibles implique généralement l'utilisation de terres rares ou d'autres grands ensembles supramoléculaires complexes (polymères). "Notre système est basé sur une petite molécule de carbone, oxygène et hydrogène, et a l'avantage de réagir aux cations simples et naturellement abondants comme le sodium, " précise Jérôme Lacour. Malgré la complexité fonctionnelle des molécules, ce nouveau type de capteur peut être facilement assemblé en seulement deux étapes synthétiques, qui pourrait être établi après trois ans de recherche.