Une étude publié dans Chimie – Une revue européenne présente une conception de preuve de principe de moteurs moléculaires.
« Les moteurs moléculaires artificiels sont des molécules qui absorbent la lumière provenant d’une source externe, telle que la lumière du soleil, et convertissent l’énergie lumineuse en énergie cinétique », explique Bo Durbeej, professeur à l’Université de Linköping (LiU), qui a dirigé l’étude.
Les « moteurs moléculaires » peuvent ressembler à de la science-fiction, mais dans le corps, il existe de nombreux moteurs moléculaires biologiques qui entraînent les muscles et transportent des substances à l’intérieur des cellules. Les chercheurs en chimie et en nanotechnologie cherchent depuis longtemps à développer des moteurs moléculaires artificiels, qui pourraient s’avérer utiles dans plusieurs domaines à l’avenir. Les applications possibles incluent leur utilisation pour administrer des médicaments au bon endroit dans le corps ou pour stocker l’énergie solaire.
Mais un moteur seul ne suffit pas. Une voiture n’ayant qu’un moteur ou un moteur mais pas de roues n’irait pas loin. La puissance du moteur doit être transférée aux roues, dans le cas de la voiture, et cela se fait via une boîte de vitesses. De même, la prochaine étape dans ce domaine de recherche consiste à construire des engrenages moléculaires capables de transférer l’énergie cinétique d’une partie d’une molécule à une autre. Les applications futures dépendent de la possibilité d’utiliser le mouvement ailleurs que là où il a été créé.
« De nombreux scientifiques tentent depuis longtemps de construire des engrenages moléculaires. Nous avons développé un principe de conception permettant de transférer le mouvement de rotation vers une autre partie d’un système moléculaire et d’avoir un contrôle complet sur le sens de rotation. Les conceptions précédentes n’étaient pas en mesure de contrôler le mouvement rotatif », explique Bo Durbeej.
Un défi majeur lié au développement d’un photoengrenage moléculaire est que la partie que vous souhaitez faire tourner, « l’hélice », est attachée au reste de la molécule par une simple liaison. Les liaisons simples tournent très facilement, ce qui rend difficile le contrôle de la directionnalité. Mais les chercheurs de LiU ont désormais réussi à résoudre ce problème en trouvant une combinaison fonctionnelle de plusieurs facteurs, dont la distance entre l’hélice et la partie de la molécule qui constitue le « moteur » elle-même.
Les chercheurs ont confirmé que leur conception fonctionne en effectuant des calculs et des simulations informatiques avancées sur des superordinateurs du Centre national des supercalculateurs de Linköping, fournis par l’Infrastructure nationale suédoise pour l’informatique, le SNIC, et l’Infrastructure académique nationale pour le supercalcul en Suède, NAISS.
« Nous avons maintenant montré que notre principe de conception fonctionne. La prochaine étape consiste à développer des photoengrenages moléculaires aussi simples que possible à synthétiser », explique Durbeej.
Plus d’information:
Enrique M. Arpa et al, Une conception de preuve de principe pour la transmission à travers l’espace du mouvement rotatif unidirectionnel par des photoengrenages moléculaires**, Chimie – Une revue européenne (2023). DOI : 10.1002/chem.202303191