Une équipe de chimistes du LMU a réussi à coupler le mouvement dirigé d'un moteur moléculaire activé par la lumière à une unité chimique différente, faisant ainsi un pas important vers la réalisation de nanomachines synthétiques.

Les moteurs moléculaires sont des composés chimiques qui convertissent l'énergie en mouvements dirigés. Par exemple, il est possible de provoquer une rotation unidirectionnelle d'un substituant attaché à une liaison chimique spécifique lorsqu'il est exposé à la lumière d'une certaine longueur d'onde. Les molécules de ce type présentent donc un grand intérêt en tant qu'unités motrices pour les nanomachines. Cependant, pour effectuer un travail utile, ces moteurs doivent être intégrés dans des ensembles plus grands de telle manière que leurs mouvements mécaniques puissent être efficacement couplés à d'autres unités moléculaires. Jusque là, cet objectif est resté hors de portée. Le chimiste de LMU, le Dr Henry Dube, est un spécialiste reconnu dans le domaine des moteurs moléculaires. Aujourd'hui, lui et son équipe ont franchi une étape importante vers la réalisation de cet objectif. Comme ils le rapportent dans le célèbre journal Angewandte Chemie , ils ont réussi à coupler le mouvement unidirectionnel d'un moteur chimique à une unité réceptrice, et a démontré que le moteur peut non seulement faire tourner le récepteur dans le même sens, mais en même temps accélérer considérablement sa rotation.

Le moteur moléculaire dans la configuration de Dube est basé sur la molécule hemithioindigo, qui contient une double liaison carbonée mobile (-C=C-). Lorsque le composé est exposé à la lumière d'une longueur d'onde spécifique, cette liaison tourne de manière unidirectionnelle. "Dans un article publié en 2018, nous avons pu montrer que cette rotation directionnelle de la double liaison pouvait être transmise au moyen d'un "câble" moléculaire à la rotation de la liaison simple carbone d'une unité moléculaire secondaire. fluctuation. Mais, grâce au couplage physique entre eux, le mouvement unidirectionnel du moteur entraîné par la lumière est transmis à la liaison simple, qui est obligé de tourner dans le même sens."

Pour vérifier que la liaison "motorisée" conduisait activement le mouvement de la liaison simple, et ne pas simplement biaiser son sens de rotation, Dube et ses collègues ont ajouté un frein au système qui a réduit le mouvement thermique de la liaison simple. La modification a permis au moteur de dépenser de l'énergie pour surmonter l'effet du frein afin de faire tourner la liaison simple. "Cette expérience nous a permis de confirmer que le moteur détermine vraiment la vitesse de rotation de la liaison simple et l'augmente en fait de plusieurs ordres de grandeur, " explique Dubé.

Pris ensemble, ces résultats fournissent des informations détaillées sans précédent sur le mode de fonctionnement d'une machine moléculaire intégrée. En outre, le dispositif expérimental a permis aux auteurs de quantifier l'énergie potentielle disponible pour conduire un travail utile, donnant ainsi la première indication de la quantité de travail pouvant être effectuée efficacement par un seul moteur moléculaire dans des conditions réalistes. "Notre prochain défi sera de démontrer que l'énergie transmise dans ce système peut effectivement être utilisée pour effectuer des travaux utiles à l'échelle moléculaire, " dit Dubé.