Représentation artistique de paramécies avec cils artificiels :Chiral, des commutateurs moléculaires unidirectionnels montés sur des surfaces sont la condition préalable à l'induction d'un mouvement dirigé entraîné par les cils. Des scientifiques de Kiel ont transformé de simples azobenzènes en commutateurs chiraux équipés d'une plate-forme moléculaire pour les monter sur des surfaces en or. Cette émulation bionique d'un système de transport biologique vieux de plusieurs milliards d'années pourrait être utilisée dans la nanofabrication à l'avenir. Crédit :Hergès
Depuis des milliards d'années, les bactéries se déplacent à l'aide de cils. Ces organites propulseurs sont omniprésents et se trouvent même dans presque toutes les cellules humaines. À la suite des scientifiques de parangon naturel de l'Université de Kiel, ils ont construit des molécules qui imitent ces minuscules, structures ressemblant à des cheveux. Des organites artificiels se déplaçant de manière autonome et une production plus efficace de composés chimiques pourraient désormais être à portée de main. Les chercheurs ont récemment publié leurs résultats dans la revue scientifique Journal européen de chimie organique .
Cilia, ou épithélium cilié, couvrir nos voies respiratoires comme une pelouse. Dans notre pharynx et notre muqueuse nasale, ils sont responsables du transport continu du mucus et des particules qui y sont incrustées vers notre gorge. (sauf pour les gros fumeurs, dont les cils ont été détruits par la nicotine et le goudron.) Tobias Tellkamp et le professeur Rainer Herges ont fait un pas de plus vers leur objectif de reproduire artificiellement ce système de transport biologique avec des molécules commutables.
Les molécules qui se tortillent lorsqu'elles sont exposées à la lumière sont connues depuis longtemps. Mais le mouvement dirigé n'était pas possible jusqu'à présent car les mouvements de va-et-vient s'annulent. Pour obtenir un déplacement net, les cils ne doivent battre que d'un côté. Appliquer une astuce dans la construction moléculaire, les chimistes du Collaborative Research Center 677 "Function by Switching" de l'Université de Kiel ont résolu ce problème :pour que ces cils moléculaires soient opérationnels, les scientifiques les ont fixés sur une surface. "Nous avons attaché une sorte de ventouse moléculaire sur les interrupteurs", explique le chef de projet Hergès.
Des études ont montré que cette ventouse adhère très bien aux surfaces dorées. L'équipe de scientifiques a observé que les molécules s'auto-assemblent de manière autonome à la surface, densément emballé, côte à côte comme des oranges sur une étagère. "Les ventouses adhèrent à la surface mais elles restent mobiles et s'attirent, " explique le doctorant Tellkamp. Ainsi, un épithélium artificiel est formé.
La prochaine étape logique consiste à découvrir si l'épithélium artificiel fonctionne de la même manière que notre muqueuse nasale. En collaboration avec le professeur Olaf Magnussen du département de physique de l'université de Kiel, la microscopie à force atomique (AFM) sera utilisée pour visualiser la lumière entraînée, transport dirigé de particules nanoscopiques.
Les découvertes récentes sont particulièrement intéressantes, pas seulement en ce qui concerne la recherche fondamentale. Avec des épithéliums artificiellement ciliés, une nano-fabrication moléculaire semble possible – des machines de taille moléculaire construiraient d'autres machines en positionnant spécifiquement et précisément les produits chimiques. Des usines de production entières pourraient ainsi tenir sur une minuscule puce. D'autres domaines d'application envisageables incluent les organites artificiels équipés de cils moléculaires contrôlés par un stimulus externe; ou dans un futur plus lointain, ils pourraient fonctionner de manière autonome dans la circulation sanguine et transporter des médicaments sur le site d'une maladie.
