Des chimistes de l'Université de Tokyo ont conçu de minuscules nanocubes qui brillent naturellement en bleu sous la lumière UV. La lueur est 3,9 fois plus brillante lorsque les cubes sont remplis de gaz inflammable. Les nanocubes sont une première étape vers la création d'un système artificiel qui imite le bâtiment naturel, capter et rapporter les capacités de la vie biologique. Publié à l'origine dans Chimie des communications , DOI :10.1038/s42004-019-0212-6. Crédit :Zhan et al., CC-BY
Un cube d'un quarantième de la taille d'un globule rouge humain peut briller lorsqu'il détecte un gaz inflammable. Le nanocube, conçu par des chimistes de l'Université de Tokyo, fait partie d'un projet de recherche visant à développer des systèmes artificiels qui imitent la chaîne complexe d'événements à l'intérieur des cellules vivantes.
L'équipe de recherche travaille sur le projet nanocube depuis plus d'une décennie. Une caractéristique clé du nanocube, juste deux nanomètres de chaque côté, c'est qu'il s'assemble, tentant d'imiter la façon dont les protéines et l'ADN s'assemblent dans les cellules vivantes.
Imiter la vie
"Les gens pensent automatiquement aux appareils quand on parle de capteurs. Mais il existe de nombreux exemples de capteurs naturels dans le corps, " a déclaré le professeur Shuichi Hiraoka, le chercheur principal du projet du Département des sciences fondamentales de l'Université de Tokyo.
La chaîne d'événements de base dans une cellule pour détecter et signaler un signal comporte trois étapes :(1) un récepteur détecte la molécule cible, (2) le récepteur envoie un signal au rapporteur et (3) le rapporteur transmet le signal ailleurs dans la cellule.
Le nanocube incandescent simplifie le système car il est à la fois le récepteur (l'intérieur du cube) et le rapporteur (la lueur). "Par ici, nous évitons le problème du transfert d'informations du récepteur au rapporteur, " expliqua Hiraoka.
Les capteurs Nanocube enveloppent entièrement les molécules qu'ils contiennent, ce qui signifie qu'ils pourraient être particulièrement utiles pour distinguer les molécules qui ont la forme de chaînes simples de différentes longueurs (alcanes) sans groupes fonctionnels uniques.
Briller avec du gaz
Des chercheurs de l'Université de Tokyo ont construit un pas cher, détecteur très sensible et spécifique de gaz de pétrole liquéfié (GPL). Le gaz est détecté par une petite boîte appelée nanocube, environ un quarantième de la taille d'un globule rouge humain. Le nanocube brille en bleu sous une lumière fluorescente lorsqu'il est rempli de gaz. Publié à l'origine dans Chimie des communications DOI :10.1038/s42004-019-0212-6 Crédit :Zhan et al., CC-BY
La dernière analyse révèle que les nanocubes brillent en bleu sous la lumière ultraviolette (UV) lorsqu'ils sont remplis de gaz de pétrole liquéfié (GPL), un type de gaz inflammable. Le produit chimique à partir duquel le cube est fabriqué est une poudre blanche une fois sèche, mais lorsqu'il est mélangé à de l'eau, six molécules en forme d'engrenage ou de flocon de neige se connectent automatiquement pour former les cubes. L'éclat naturel, ou fluorescence, des nanocubes est un équilibre entre deux caractéristiques physiques concurrentes de ces molécules :la lueur est limitée lorsque les molécules sont empilées comme des crêpes, mais est renforcée lorsque les molécules sont verrouillées en place et légèrement étirées les unes des autres.
Trois molécules se rassemblent à chaque coin du cube, donc leurs bords sont "empilés" ensemble, limiter la lueur. Lorsque le cube se remplit de gaz, les coins sont légèrement bombés et cet étirement améliore l'éclat.
Détecteurs de gaz Nanocube
Les chercheurs ont construit un détecteur de gaz simple utilisant uniquement les nanocubes, une lumière UV commune et un détecteur de lumière fluorescente. Les nanocubes sont aussi sensibles que n'importe quel détecteur de gaz actuel, ce qui signifie qu'ils pourraient détecter de très faibles quantités de GPL.
Cependant, les nanocubes sont incroyablement spécifiques au GPL. Ils ne détectent pas d'autres types de gaz inflammables similaires, comme le méthane (gaz naturel) ou le dioxyde de carbone (CO
Les détecteurs de gaz courants n'ont pas cette spécificité et déclencheront une alarme pour tout type de gaz dangereux. "Le fait que les capteurs communs ne puissent pas distinguer ces gaz similaires n'est vraiment pas un problème, car ils sont tous dangereux pour nous, " dit Hiraoka.
Plutôt que de concevoir un nouveau détecteur de gaz, le véritable objectif des chercheurs est d'imiter la chaîne complexe d'événements pour détecter et signaler des signaux dans les cellules vivantes. Les chercheurs prévoient des projets supplémentaires pour modifier les éléments constitutifs des nanocubes afin que les cubes puissent détecter différentes molécules et signaler différents signaux.
