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Mechanized Molecules

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Des molécules mécanisées sous charge

Dans le cadre du projet MECHMOL, une nouvelle catégorie de molécules avec composants mobiles a été transformée en films minces hautement ordonnés utilisables pour la construction de machines moléculaires synthétiques dans le futur.

Technologies industrielles

Les pièces de machines, comme les dents, les volants ou les pistons, sont immobiles sauf si on leur applique une force. Les molécules, quant à elles, sont en mouvement constant. Les partenaires du projet MECHMOL ont trouvé le moyen de rectifier le mouvement aléatoire dans le monde moléculaire pour générer une force directionnelle et effectuer des tâches macroscopiques. En effet, ils y sont parvenus de manière si efficace que le système moléculaire synthétique développé est capable de transporter des objets plusieurs fois plus massifs que lui. Le mouvement relatif des constituants des rotaxanes et des caténanes les uns par rapport aux autres détenait la clé de l'exécution d'une tâche bien définie et d'un travail mesurable à l'aide de cette navette moléculaire. Les rotaxanes et les caténanes font partie d'une nouvelle catégorie de molécules composées de molécules plus petites, qui ne sont pas connectées par des liaisons chimiques et qui peuvent donc se déplacer de manière indépendante. Plus précisément, les caténanes sont fondamentalement composées de macrocycles imbriqués. Dans le cas des rotaxanes, le macrocycle est verrouillé autour d'un fragment linéaire avec des bouchons aux deux extrémités. Le macrocycle des rotaxanes contient des groupes pyridines qui permettent de greffer la navette moléculaire sur une monocouche auto-assemblée bien ordonnée d'acide 11-mercaptoundecanoïque déposée sur un substrat d'or. Les films monocouches et multicouches ordonnés obtenus ont été caractérisés par spectroscopie à photoémission à rayons X et microscopie à effet tunnel. Chacune de ces techniques a confirmé la couverture complète et uniforme de la monocouche auto-assemblée par les films minces de molécules de rotaxane avec le long axe de leur fragment linéaire parallèle au substrat d'or. Le transport de petites gouttes de liquide sur la surface moléculaire photosensible, en cas d'exposition à un rayonnement ultraviolet, a apporté la preuve que les macrocycles des molécules de rotaxane avaient changé de position. L'énergie lumineuse alimente les réactions chimiques qui, à leur tour, entraînent des modifications dans la position des molécules particulières. Leur déplacement collectif finissait par aboutir au transport d'une petite goutte de liquide sur une longueur un million de fois plus grande que la modification initiale dans la conformation des molécules de rotaxanes. Ainsi, la surface photosensible des rotaxanes pouvant être modifiés jouait le rôle de navette moléculaire, qui pourrait être utilisée pour délivrer des substances à analyser dans un environnement de laboratoire sur puce ainsi que pour d'autres applications.

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