Corolles de fleurs tridimensionnelles avec sélectivité chirale à la demande

Des chercheurs de l’Université de Hanyang ont récemment conçu un microréseau tridimensionnel (3D) avec sélection dynamique de la chiralité.

La chiralité est une propriété de structure non superposable ; par exemple, la main gauche ressemble à la droite dans un miroir, mais la main gauche ne peut pas être superposée à la droite. Les structures chirales ont été étudiées dans le domaine biochimique dans le cadre de la recherche de médicaments qui se lient aux protéines d’ADN. La fabrication artificielle de structures chirales a été tentée pour la fonctionnalité à partir de la sélectivité chirale ; cependant, il est difficile de changer dynamiquement la chiralité.

Une étude inspirée de la corolle de fleurs, publiée dans ACS Nano, est le premier à démontrer la sélectivité chirale à la demande et contrôlée dynamiquement d’une microstructure 3D. Les chercheurs se sont inspirés de la chiralité de la corolle des fleurs, si souvent visible dans la nature. Des fleurs comme la Mandevilla se protègent des vents violents grâce à la chiralité de sa corolle à cinq pétales. Cette corolle chirale utilise une directionnalité antihoraire avec des pétales de forme asymétrique. Alternativement, les fleurs comme Phlox subulata n’ont pas de chiralité puisque cette corolle à cinq pétales se superpose avec son image miroir aux pétales de forme symétrique. C’est ce qu’on appelle l’achiralité.

Dans la microstructure 3D inspirée de la corolle de la fleur, cinq micropiliers semi-cylindriques sont disposés radialement pour imiter une fleur naturelle composée de cinq pétales. Ce microréseau est une structure achirale en raison de ses micropiliers semi-cylindriques de forme symétrique. Un point clé de ce travail est que cette achiralité du microarray peut alors disparaître dynamiquement grâce à la torsion des micropiliers qui convertit sa forme symétrique en une forme asymétrique.

Les micropiliers sont composés de polydiméthylsiloxane de type caoutchouc facilement déformable et de particules de fer magnétiques ; ainsi, les sommets des piliers se tordent lorsqu’un champ magnétique est appliqué tandis que les bases des piliers restent fixées au substrat des microréseaux. Avec le début des actionnements de torsion, le microréseau ne se superpose pas avec son image miroir.

Par conséquent, l’achiralité du microréseau change en temps réel en chiralité dans le sens antihoraire ou dans le sens horaire par des actionnements de torsion dans le sens horaire ou antihoraire, respectivement. Les micropiliers d’un réseau se tordent simultanément dans le sens des aiguilles d’une montre, ce qui entraîne une chiralité dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Inversement, la chiralité dans le sens des aiguilles d’une montre est dirigée par des micropiliers qui se tordent simultanément dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

Les chercheurs de l’étude soulignent un aspect clé de cette technique en ce sens que la simple régulation de la direction des champs magnétiques peut convertir dynamiquement les chiralités des microréseaux de la directionnalité dans le sens antihoraire à la directionnalité dans le sens horaire et vice versa.

Cette microstructure tridimensionnelle chirale sélective a des applications possibles dans le développement de dispositifs optiques. Typiquement, les ondes électromagnétiques de lumière sont polarisées circulairement, séparées en lumières polarisées circulairement droite ou gauche et interagissent avec la chiralité de la structure.

Grâce à cette interaction sélective chirale, la direction de polarisation de la lumière arbitraire pourrait être détectée lorsque la lumière pénètre dans le microréseau chiral. La lumière polarisée circulairement à droite ou à gauche interagira sélectivement avec la chiralité dans le sens antihoraire ou dans le sens horaire du microréseau en forme de corolle de fleurs.