Les chercheurs ont conçu deux types de blocs de construction de taille nanométrique qui peuvent se connecter automatiquement en cubes et se réintégrer dans des composants individuels en fonction de la température de leur environnement. Cette réalisation est une autre étape vers des systèmes chimiques qui imitent de manière plus réaliste la vie.

"Imaginez mélanger deux liquides ensemble, comme l'encre et l'eau. Ils effectueront automatiquement le simple processus chimique de dispersion jusqu'à ce qu'ils soient parfaitement mélangés, " a déclaré le professeur Shuichi Hiraoka du département des sciences fondamentales de l'Université de Tokyo.

"Toutefois, il n'y a pas de processus chimique pour séparer automatiquement l'eau et l'encre - vous devez faire bouillir l'eau dans un gaz pour la séparer de l'encre, " il ajouta.

Les nouveaux blocs de construction conçus par l'équipe d'Hiroka peuvent se connecter ou se brouiller automatiquement en raison des différentes stabilités de température des cubes qu'ils forment.

Les deux types de blocs de construction sont presque identiques et ont la forme de flocons de neige. Les chercheurs les colorent en rouge ou en bleu dans des diagrammes schématiques. Un cube assemblé à partir de blocs rouges est stable en dessous de 130 degrés Celsius (266 degrés Fahrenheit), tandis qu'un cube assemblé à partir de blocs bleus n'est stable qu'en dessous de 65 degrés Celsius (149 degrés Fahrenheit).

Lorsqu'ils sont séparés, les blocs de construction se connectent en cubes uniformes entièrement rouges ou entièrement bleus.

Lorsque les deux types de cubes sont mélangés à température ambiante (25 degrés Celsius, 77 degrés Fahrenheit), les blocs de construction rouges et bleus se recombinent automatiquement en le type de cubes le plus stable, qui sont constitués de n'importe quelle combinaison de trois blocs rouges et trois bleus. Ce mélange de cubes rouge-bleu est analogue à de l'encre et de l'eau bien mélangées.

Lorsque les chercheurs veulent brouiller les cubes rouge-bleu pour reformer des cubes entièrement rouges et entièrement bleus, ils effectuent un simple changement de température en deux étapes. Cette capacité représente une réalisation chimique impossible avec un mélange d'encre et d'eau.

D'abord, ils chauffent le mélange jusqu'à ébullition (100 degrés Celsius, 212 degrés Fahrenheit). Les cubes bleus deviennent instables et flottent sous forme de molécules individuelles, tandis que les blocs de construction rouges se recombinent en cubes entièrement rouges.

Puis, les chercheurs refroidissent rapidement le mélange (0 degré Celsius, 32 degrés Fahrenheit) de sorte que les cubes rouges restent ensemble tandis que les blocs de construction bleus s'assemblent automatiquement en cubes entièrement bleus.

Les chercheurs peuvent également empêcher un mélange de cubes entièrement rouges et entièrement bleus de se brouiller dans les cubes mélangés rouge-bleu plus stables en remplissant les cubes avec quelque chose, par exemple d'autres molécules comme les hydrocarbures. Les molécules invitées verrouillent efficacement les cubes fermés de l'intérieur afin que les blocs de construction ne puissent pas se brouiller les uns dans les autres, combinaisons de cubes plus stables.

"À l'avenir, nous prévoyons de développer un système chimique encore plus compliqué à base de cubes moléculaires, en utilisant la capacité unique d'auto-assemblage et une variété de sources d'énergie au-delà de la chaleur, " dit Hiraoka.