Le développement de micro- et nanomachines automotrices capables d'imiter le fonctionnement interne complexe du corps humain et/ou de l'environnement naturel a captivé l'imagination d'une communauté de recherche en constante expansion depuis le tournant du millénaire. Il est prévu que ces dispositifs joueront un rôle important dans la nanomédecine et l'assainissement de l'environnement.

L'un des principaux défis auxquels sont confrontés les scientifiques réside dans la recherche de moyens efficaces pour alimenter ces machines sans recourir à des sources externes. Des études menées au cours de la dernière décennie ont produit des lots d'échantillons de moteurs capables de capturer, transporter et livrer des charges, ou détecter et neutraliser les polluants chimiques ou biochimiques, parmi de nombreuses autres tâches. Cependant, la compréhension des mécanismes précis provoquant ces actions est limitée.

L'enjeu est de savoir comment étudier les réactions physico-chimiques et autres phénomènes qui se produisent dans un objet qui zigzague partout à travers un milieu aquatique. Le premier micromoteur conçu en 2004 a été surnommé un « nageur ». Mais si vous tenez un nageur en place, les mêmes caractéristiques qui le feraient autrement se déplacer à travers le fluide feront se déplacer le fluide à travers lui, le transformer en pompe. Les observations de telles « micropompes » peuvent ensuite être extrapolées pour mieux comprendre les micromoteurs.

A partir de ce point de départ, Les chercheurs du groupe ICN2 Force Probe Microscopy and Surface Nanoengineering dirigé par le Dr Jordi Fraxedas ont développé un ensemble de techniques qui fournissent une analyse plus approfondie des paramètres clés influençant ce comportement. Avec le soutien supplémentaire du Prof. Dr. David Reguera de l'Université de Barcelone et du Dr. Borja Sepúlveda Martínez du ICN2 Magnetic Nanostructures Group, ils examinent comment l'interaction complexe de la chimie de surface, gradients chimiques, et les champs électriques et fluides se traduisent en mouvement, et comment les connaissances acquises peuvent être utilisées pour régler le comportement des futurs micromoteurs. Décrit dans leur article "Unravelling the Operational Mechanisms of Chemically Propeled Motors with Micropumps, " publié en septembre dans Comptes de la recherche chimique , ils rapportent la chimie de surface, Le potentiel zêta et la rugosité de surface sont des facteurs importants dans le contrôle de la direction et de la force du mouvement de différents types de micromoteurs.

L'auteur principal, le Dr María José Esplandiu, explique à quel point ces découvertes sont importantes non seulement pour exploiter tout le potentiel des technologies micro- et nanomotrices, mais aussi à la compréhension de la nature :« Comme beaucoup d'organismes vivants, les micromoteurs sont connus pour avoir un comportement collectif, ce qui signifie qu'ils travaillent ensemble en coordination, économiser de l'énergie et effectuer des tâches plus efficacement. » Des oies volant en formation en V, l'intelligence des essaims chez les fourmis et les abeilles, et les réponses cellulaires à une infection ou à une blessure répondent toutes à ce principe, fonctionnant dans ce que l'on appelle les systèmes de matière active.

Jusqu'à présent, ces systèmes sont mal compris d'un point de vue scientifique. Les micromachines artificielles peuvent potentiellement éclairer :« En caractérisant et en isolant quels paramètres se traduisent par quel effet mécanique au niveau du micromoteur individuel, on peut prédire et contrôler le comportement d'un lot de micromoteurs et les mettre sur le chemin d'un comportement collectif particulier. Cela peut offrir un aperçu de ces processus dans les organismes vivants. »

Dans leur papier, l'équipe adopte une approche expérimentale et théorique combinée à l'analyse de deux types de pompes - bimétalliques, et le métal et les semi-conducteurs – présentant des données sans ambiguïté sur les mécanismes de fonctionnement de ces moteurs à propulsion chimique.