Des scientifiques découvrent des nanostructures auto-organisatrices à grand potentiel
Une équipe de recherche allemande financée par l'UE a capturé des molécules sous formes de bâtonnets au sein d'un réseau bidimensionnel (2D), créant de petits rotateurs qui tournent dans des cages sous forme de nids d'abeilles. Leur découverte résulte du projet MOLART («Surface-confined metallosupramolecular architecture: towards a novel coordination chemistry for the design of functional nanosystems»), qui a bénéficié d'une subvention avancée du Conseil européen de la recherche (CER) d'une valeur de 2,57 millions d'euros au titre du septième programme-cadre de l'UE (7e PC). La recherche est présentée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Les chercheurs, sous la direction du professeur Johannes Barth de la Technische Universität München (TUM) en Allemagne, expliquaient que les protéines aident à réunir les réactifs. «Le confinement d'espèces moléculaires dans les environnements nanométriques conduit à d'étonnants phénomènes dynamiques», peut-on lire dans le communiqué. Selon les chercheurs, les réactifs de surface «se rencontrent» à la surface des facilitateurs. Il est certes trop tôt pour espérer que des machines nanométriques puissent s'assembler par un effet d'auto-organisation, mais les travaux effectués par l'équipe de TUM représentent un grand pas en avant. Au départ, les scientifiques ont créé une nanostructure permettant aux atomes de cobalt et aux molécules de sexiphényl-dicarbonitrile en forme de bâtonnet d'interagir sur une surface métallique, ce qui a généré une structure en forme de nid d'abeille, non seulement cohérente mais également stable. La structure a l'épaisseur d'un atome. Leur découverte fait penser à une autre récente découverte effectuée par des chercheurs financés par l'UE, qui ont reçu le prix Nobel pour leurs travaux sur le graphème 2D. «Plus particulièrement, l'organisation et les mouvements rotationnels de molécules individuelles étaient contrôlés par des architectures hôtes totalement supramoléculaires conçues avec le plus grand soin.» L'équipe a utilisé un réseau de coordination ouvert en 2D sur une surface métallique afin de guider l'auto-assemblage de liens de dynamères (unités hôtes trimériques) non-covalents. «Chaque supramolécule chirale piégée effectue des mouvements rotatifs concertés qui protègent la chiralité au sein du pore du modèle en nid d'abeille, qui sont visualisés et analysés de façon quantitative à l'aide de la microscopie à effet tunnel en température contrôlée», font-ils remarquer. Les bâtonnets se sont spontanément réunis, par groupes de trois, dans une cellule en nid d'abeille alors que des cellules adjacentes sont restées vides lorsque les chercheurs ont ajouté des composants moléculaires, affirment-ils. Mais pourquoi ces molécules s'organisent-elles par trois? Les scientifiques de la TUM ont découvert que les molécules formaient des groupes de trois, alors que les extrémités d'azote s'opposaient à un atome d'hydrogène de cycle phénylique. Selon l'équipe, «cette organisation de moteur à trois pâles» permet aux molécules de soutenir la structure indépendamment de l'énergie utilisée pour guider le mouvement. En raison des interactions entre les atomes d'azote externes et les atomes d'hydrogène de la membrane cellulaire, deux positions variées existent. Les trois molécules se positionnent dans le sens des aiguilles d'une montre, mais aussi dans le sens inverse. À l'aide de températures contrôlées, les chercheurs «ont stoppé» et évalué les quatre états avec soin. Ils ont ainsi pu identifier l'énergie de ces seuils à partir de la température à laquelle la rotation s'effectuait. «Nous espérons qu'à l'avenir nous pourrons étendre ces modèles mécaniques simples à des changements optiques ou électroniques», explique le professeur Barth. «Nous pouvons fixer une taille de cellule spécifique, nous pouvons notamment l'amener aux molécules et étudier leur interaction avec la surface et la membrane cellulaire. Ces structures auto-organisatrices ont un potentiel énorme.» Des chercheurs de l'université de Strasbourg, en France, ont contribué à cette étude.
Pays
Allemagne, France