Les physiciens de l'Université de Münster sont les premiers à révéler avec succès l'interaction dynamique d'une classe de machines moléculaires artificielles - les navettes moléculaires - en utilisant des simulations de dynamique moléculaire. L'étude a maintenant été publiée dans Science Advances .

Les machines moléculaires contrôlent un nombre important de processus fondamentaux dans la nature. Enchâssés dans un environnement cellulaire, ces processus jouent un rôle central dans le transport intracellulaire et intercellulaire des molécules, ainsi que dans la contraction musculaire chez l'homme et l'animal. Pour que l'ensemble de l'organisme fonctionne, une orientation et une disposition bien définies des machines moléculaires sont essentielles. Par exemple, l'intégration spécifique des protéines motrices - qui forment une classe de machines biomoléculaires - permet une interaction dynamique entre les innombrables protéines. En conséquence, le mouvement au niveau moléculaire est amplifié et transféré à travers diverses grandeurs jusqu'au niveau macroscopique.

Inspiré de ces systèmes biologiques, le développement de matériaux de type cellulaire à base de machines moléculaires artificielles est un domaine de recherche actuel. Afin d'utiliser la coopérativité moléculaire de ces machines dans des matériaux correspondants spécifiquement pour des applications en science des matériaux ou en médecine, une compréhension fine à la fois de l'encastrement moléculaire dans une matrice et des interactions intermoléculaires est décisive. Elena Kolodzeiski et le Dr Saeed Amirjalayer de l'Institut de physique de l'Université de Münster sont les premiers à révéler avec succès l'interaction dynamique d'une classe de machines moléculaires artificielles - les navettes moléculaires - en utilisant des simulations de dynamique moléculaire.

Les navettes moléculaires sont construites à partir de molécules en forme d'haltère et en forme d'anneau qui sont liées entre elles par des liaisons mécaniques. "Ce lien mécanique au niveau moléculaire conduit à ce que l'anneau puisse se déplacer dirigé d'un côté à l'autre le long de l'axe. Ce mouvement de pendule spécifique a déjà été utilisé pour développer des machines moléculaires", explique Amirjalayer, qui a dirigé l'étude et récemment a déménagé à l'Institut de théorie de l'état solide de l'Université de Münster.

Sur cette base, des chercheurs du monde entier travaillent sur une utilisation ciblée de ces machines moléculaires dans des matériaux fonctionnels. Les charpentes métallo-organiques, qui sont assemblées dans une approche modulaire par des unités de construction organiques et inorganiques, se révèlent être une matrice prometteuse pour enchâsser ces molécules mécaniquement liées dans des structures de type cellulaire. Bien qu'une série de ces systèmes aient été synthétisés au cours des dernières années, une compréhension fondamentale des processus dynamiques dans ces matériaux fait généralement défaut.

"Notre étude fournit un aperçu détaillé du fonctionnement et de l'interaction des machines embarquées", déclare l'auteur principal Elena Kolodzeiski. "Parallèlement, nous avons pu déduire des paramètres permettant de faire varier le type de mouvement des navettes moléculaires au sein des charpentes organométalliques."

Un contrôle ciblé de la dynamique offre des possibilités prometteuses pour influencer les propriétés de transport des molécules dans les membranes ou pour coordonner les processus catalytiques. Les chercheurs espèrent que leurs simulations de dynamique moléculaire formeront la base de nouveaux types de matériaux pour des applications catalytiques et médicales. L'efficacité de ces matériaux est démontrée par les diverses fonctionnalités des machines moléculaires dans les cellules biologiques. + Explorer plus loin

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