Bien que les nœuds puissent être une nuisance, ils sont également très utiles pour attacher vos lacets ou pour faire de la voile. En maths, il n'y a pas moins de 6 milliards de nœuds potentiels différents, mais qu'en est-il des nœuds en chimie ? Depuis les années 1970, les scientifiques ont essayé de nouer des molécules ensemble pour créer de nouvelles, des propriétés mécaniques sur mesure qui pourraient donner naissance à de nouveaux matériaux. Les premiers succès ont eu lieu 20 ans plus tard, mais le processus reste laborieux.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de Genève (UNIGE), La Suisse, ont développé une technique simple et efficace pour nouer des molécules, et ont pour la première fois observé les changements de propriétés qui résultent de ces emboîtements. Les résultats, publié dans la revue Chimie—Une revue européenne , ouvrent de nouvelles perspectives pour la conception de matériaux et le transfert d'informations moléculairement.

Les nœuds sont certainement utiles. Mais qu'en est-il en chimie ? Est-il possible de lier des molécules entre elles ? L'idée fait son apparition en 1971 dans le but de créer de nouveaux matériaux induits par les changements de propriétés mécaniques et physiques qui résulteraient de ces emboîtements. Mais ce n'est qu'en 1989 que Jean-Pierre Sauvage, le prix Nobel de chimie français 2016, réussi. Les scientifiques ont par la suite travaillé dur pour essayer de former des nœuds, mais cela reste difficile.

"Pour lier les molécules entre elles, il faut utiliser des métaux qui s'attachent aux molécules et les orienter sur un chemin bien précis, former les intersections nécessaires pour faire des nœuds, " explique Fabien Cougnon, chercheur au Département de Chimie Organique de la Faculté des Sciences de l'UNIGE. « Mais c'est un processus complexe qui entraîne souvent une perte de matière première de plus de 90 %. La quantité de nœuds moléculaires qui en résulte n'est généralement que de quelques milligrammes au maximum, pas assez pour fabriquer de nouveaux matériaux."

Molécules hydrophobes qui se lient d'elles-mêmes

Les chimistes de l'UNIGE ont développé une nouvelle technique qui permet de créer facilement des molécules imbriquées. « Nous utilisons des molécules grasses que nous trempons dans de l'eau chauffée à 70 degrés. Puisqu'elles sont hydrophobes, ils essaient d'échapper à l'eau à tout prix, se rassembler et former un nœud par auto-assemblage, " dit Tatu Kumpulainen, chercheur au Département de Chimie Physique de la Faculté des Sciences de l'UNIGE.

Grâce à cette nouvelle technique, les chimistes genevois peuvent faire des nœuds moléculaires sans effort, et, plus important encore, sans perdre de matériel. « Nous transformons jusqu'à 90 % des réactifs de base en nœuds, ce qui permet d'envisager une véritable analyse des modifications des propriétés mécaniques induites par les nœuds, ce qui n'a jamais été fait auparavant, " note Cougnon. Bien qu'ils ne puissent pas choisir comment les molécules sont nouées entre elles, ils sont capables de reproduire le même nœud à volonté, car la même structure chimique formera toujours un nœud identique en milieu aqueux.

Chaque nœud a ses propres propriétés mécaniques

Maintenant que nouer des molécules est devenu facile, que peuvent faire les chercheurs avec ces nœuds ? Y a-t-il une valeur à les former? Pour vérifier l'impact des enclenchements, les chimistes genevois ont choisi une famille de molécules qui ont toutes le même design :elles absorbent l'ultraviolet, sont fluorescents et sont très sensibles à l'environnement général, surtout la présence d'eau.

"Nous avons créé quatre nœuds, du plus simple au plus complexe (zéro, deux, trois et quatre intersections), que nous avons comparé à une molécule de référence qui constitue leur base, " explique Cougnon. " Pour ce faire, nous avons d'abord utilisé la résonance magnétique nucléaire (RMN) pour observer la rigidité des différentes parties des nœuds et la vitesse et la façon dont ils se déplacent les uns par rapport aux autres. moins ils bougent.

Les chimistes ont ensuite utilisé la spectroscopie pour comparer les spectres des quatre nœuds entre eux. "Nous avons rapidement remarqué que les nœuds simples les plus lâches (zéro et deux intersections) se comportaient de la même manière que la molécule de référence, " poursuit Kumpulainen. " Mais quand les nœuds sont plus complexes, les molécules - qui étaient plus serrées - ont changé leurs propriétés physiques et leur couleur ! Leur façon d'absorber et d'émettre de la lumière était différente de la molécule de référence." Ce changement de couleur permet aux scientifiques de visualiser les propriétés mécaniques propres à chaque assemblage, y compris son élasticité, structure, mouvement ou position.

Pour la première fois, les chimistes genevois ont montré que les molécules nouées modifient les propriétés mécaniques. "Nous voulons maintenant pouvoir contrôler ces changements de A à Z pour pouvoir utiliser ces nœuds, par exemple, comme indicateurs des propriétés de l'environnement, " dit Kumpulainen. Maintenant qu'il n'y a plus de perte de matière lors des croisements, ils prévoient également de construire de nouveaux matériaux, comme les élastiques, en utilisant les réseaux de nœuds. "Enfin, on peut envisager de transférer des informations à l'intérieur d'un nœud grâce à un simple changement de position sur une partie du nœud qui se refléterait dans toute la structure et véhiculerait l'information, " conclut Cougnon.