Des machines de taille moléculaire pourraient à l'avenir être utilisées pour contrôler des mécanismes importants dans le corps. Dans une étude récente, chercheurs de l'Université de Californie, Berkeley et l'Université d'Umeå montrent comment un nanoballon comprenant une seule molécule de carbone dix mille fois plus fine qu'un cheveu humain peut être contrôlé électrostatiquement pour basculer entre un état gonflé et un état effondré.

Les actionneurs de ballons gonflables sont couramment utilisés pour des applications macroscopiques pour soulever des bâtiments, comme protection contre les chocs dans les voitures ou pour élargir des artères ou des veines rétrécies ou obstruées. À l'échelle micro, elles sont utilisées comme des micro pompes et dans la nature, les araignées sauteuses créent des coussins remplis de fluides en microformat pour propulser leurs jambes dans des sauts explosifs.

De façon intéressante, à l'échelle nanométrique, les actionneurs de ballons sont pratiquement inconnus. Cependant, il y a quelques années, des chercheurs de la Penn State University ont théoriquement proposé un actionneur de nanoballon à charge contrôlée basé sur l'effondrement et le regonflage d'un nanotube de carbone.

Maintenant, ceci a été réalisé expérimentalement par Hamid Reza Barzegar et ses collègues. Dans une étude publiée dans la revue Lettres nano ils montrent comment un nanotube de carbone, qui peut être visualisé comme un tube cylindrique d'atomes de carbone, peut être contrôlé pour passer d'un état effondré à un état gonflé et vice versa en appliquant une petite tension. Le caractère sans défaut des nanotubes de carbone implique qu'un tel actionneur pourrait fonctionner sans usure ni fatigue. Ceci est également démontré par les chercheurs qui font fonctionner l'actionneur sur plusieurs cycles sans aucun signe de perte de performance.

"Le travail est conceptuellement intéressant et donne un aperçu de la complexité de la façon de contrôler le mouvement à l'échelle nanométrique par des stimuli externes", déclare Hamid Reza Barzegar, docteur en physique à l'Université d'Umeå, travaille maintenant à l'UC Berkeley dans le groupe de recherche du professeur Alex Zettl. "Cela donne également un aperçu de la physique fondamentale telle que la façon dont l'effet de capacité et en général les forces électrostatiques peuvent être utilisés pour contrôler la dynamique des structures moléculaires."

"Dans une perspective plus longue, on peut également imaginer comment nos découvertes pourraient être utilisées pour le contrôle pneumatique au niveau moléculaire ou pour concevoir des conteneurs moléculaires qui peuvent s'ouvrir ou se fermer en contrôlant les charges de surface des molécules, en ajustant par exemple le pH de la solution dans laquelle les molécules sont dispersées. Cela pourrait par exemple être utile pour des applications médicales telles que l'administration de médicaments aux organes internes ou aux tumeurs », explique Thomas Wågberg, professeur agrégé de physique à l'Université d'Umeå.

La découverte des machines moléculaires a reçu le prix Nobel de chimie cette année. Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart et Bernard L Feringa ont obtenu le prix pour avoir développé des molécules aux mouvements contrôlables, qui peut effectuer une tâche lorsque l'énergie est ajoutée.