Des chercheurs français du CNRS et de l'Université de Bordeaux, en collaboration avec une équipe chinoise, ont développé le premier piston moléculaire capable de s'auto-assembler. Leurs recherches représentent une avancée technologique significative dans la conception de moteurs moléculaires. De tels pistons pourraient, par exemple, être utilisé pour fabriquer des muscles artificiels ou créer des polymères à rigidité contrôlable. Les résultats sont publiés le 4 mars 2011 dans la revue Science .
Les organismes vivants font un usage intensif des moteurs moléculaires pour remplir certaines de leurs fonctions vitales, comme le stockage d'énergie, permettant le transport des cellules voire leur déplacement dans le cas des bactéries. Étant donné que les dispositions moléculaires de ces moteurs sont extrêmement complexes, les scientifiques cherchent à créer les leurs, versions plus simples. Le moteur développé par l'équipe internationale dirigée par Ivan Huc , Chercheur CNRS dans l'Unité « Chimie et Biologie des Membranes et des Nanoobjets », est un "piston moléculaire". Comme un vrai piston, il comprend une tige sur laquelle coulisse une pièce mobile, sauf que la tige et la partie mobile ne mesurent que quelques nanomètres.
Plus précisement, le bâtonnet est formé d'une molécule élancée, tandis que la partie mobile est une molécule en forme d'hélice (les deux sont des dérivés de composés organiques spécialement synthétisés à cet effet). Comment la molécule hélicoïdale peut-elle se déplacer le long de la tige ? L'acidité du milieu dans lequel est immergé le moteur moléculaire contrôle la progression de l'hélice le long du bâtonnet :en augmentant l'acidité, l'hélice est tirée vers une extrémité de la tige, car il a alors une affinité pour cette partie de la molécule mince. En réduisant l'acidité, le processus est inversé et l'hélice va dans l'autre sens.
Ce dispositif présente un avantage crucial par rapport aux pistons moléculaires existants :l'auto-assemblage. Dans les versions précédentes, qui se présentent sous la forme d'un anneau coulissant le long d'une tige, la partie mobile est passée mécaniquement sur la tige avec une extrême difficulté. Inversement, le nouveau piston s'auto-construit :les chercheurs ont conçu spécifiquement la molécule hélicoïdale pour qu'elle s'enroule spontanément autour de la tige, tout en conservant suffisamment de souplesse pour ses mouvements latéraux.
En permettant la fabrication à grande échelle de tels pistons moléculaires, cette capacité d'auto-assemblage est de bon augure pour le développement rapide d'applications dans diverses disciplines :biophysique, électronique, chimie, etc. En greffant plusieurs pistons bout à bout, il peut être possible, par exemple, produire une version simplifiée d'un muscle artificiel, capable de contracter à la demande. Une surface hérissée de pistons moléculaires pourrait, au fur et à mesure des besoins, devenir conducteur ou isolant électrique. Finalement, une version à grande échelle de la tige sur laquelle plusieurs hélices pourraient glisser fournirait un polymère de rigidité mécanique réglable. Cela montre que les possibilités de ce nouveau piston moléculaire sont (presque) infinies.
