Construire les premiers robots moléculaires synthétiques à commande chimique
Une étrange caractéristique de la matière est qu’elle se comporte différemment selon la taille de l’objet. Les objets quotidiens de notre monde «macro» ne se déplacent pas sans l’application d’une force physique. Par contre, tous les objets de la taille d’une molécule, et les atomes qui les composent, se déplacent constamment de manière aléatoire. Le projet MolMacIP, financé par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), a été inspiré par le consensus croissant parmi les chimistes selon lequel, plutôt que d’imiter des machines macroscopiques (qui a conduit au prix Nobel 2016), de nouvelles techniques spécifiques à l’échelle nanométrique, inspirées de la biologie, devaient être développées. Non content d’améliorer notre compréhension du fonctionnement de la biologie, cela ouvrirait la voie à de nouvelles machines et matériaux moléculaires semblables au vivant, pour de nombreuses applications potentielles. «Nos plans expérimentaux ont révélé la manière de fabriquer des machines moléculaires alimentées chimiquement, ce qui a incité de nombreux scientifiques à reconsidérer leur approche. Je ne pense pas que nous reviendrons à la conception de machines moléculaires en tant qu’analogues de machines macroscopiques», confie David Leigh(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), coordinateur du projet MolMacIP.
Imiter la biologie, c’est comme jouer au «Lego moléculaire»
Les machines moléculaires peuvent être programmées pour effectuer diverses tâches. Mais comme tous les composants moléculaires sont déjà en mouvement, guider ce mouvement pour concevoir une machine moléculaire capable d’exercer une force comme un muscle, par exemple, implique de bloquer le mouvement dans toutes les directions, sauf celle souhaitée. «Manipuler ces blocs de construction moléculaires et créer différents assemblages, c’est un peu comme jouer avec des Lego moléculaires», explique David Leigh de l’université de Manchester(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), l’hôte du projet. MolMacIP s’intéressait spécifiquement à la conception de moteurs moléculaires chimiquement alimentés et capables de transporter des cargaisons et d’effectuer d’autres tâches. «La biologie s’appuie sur des machines moléculaires pour tous les processus de la cellule, c’est ainsi que la force est générée, que les molécules sont construites, que l’énergie est stockée et ensuite utilisée pour effectuer diverses tâches», ajoute David Leigh. L’équipe a démontré le mimétisme biologique en fabriquant les premiers moteurs rotatifs alimentés chimiquement(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), en utilisant des principes qui pourraient potentiellement être appliqués à la construction de moteurs linéaires. «Nous nous sommes appuyés sur les mêmes concepts d’ingénierie que pour les protéines motrices, mais notre système artificiel n’est constitué que de 26 atomes! Les protéines motrices sont constituées de dizaines de milliers d’atomes, ce qui rend nos molécules motrices plus simples et plus petites», explique David Leigh. Au début de l’année, l’équipe a utilisé ces moteurs moléculaires pour générer une force et contracter un gel(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), de la même manière que la biologie utilise les protéines motrices dans les muscles pour générer une force. Un autre concept, inspiré par les chaînes de montage, enfile une molécule cyclique sur un rail, comme une perle sur un fil. À mesure que la molécule se déplace le long du rail et atteint différents blocs de construction, elle les détache et les ajoute à une chaîne en expansion, de la même manière que la biologie construit les protéines dans la cellule.
La machinerie moléculaire constituera une technologie révolutionnaire
L’histoire de l’innovation nous apprend que la miniaturisation mène généralement au progrès technologique, des machines à vapeur aux batteries, des ordinateurs de la taille d’une pièce aux minuscules puces à faible consommation d’énergie. Avec des applications potentielles dans les domaines de l’énergie, des transports et de la sécurité, les machines moléculaires pourraient contribuer à la compétitivité économique de l’Europe et répondre à des préoccupations sociales telles que celles liées à la santé publique et au développement durable. «Bien qu’être trop spécifique concernant les applications revient à demander aux inventeurs de la roue de l’âge de pierre de prédire les voitures, les machines moléculaires accéléreront et amélioreront probablement la recherche de médicaments, tout en réduisant la demande de matériaux, les besoins en énergie et les coûts du cycle de vie», fait remarquer David Leigh. Avec la création des premiers exemples synthétiques de machines moléculaires à commande chimique, l’équipe de MolMacIP entend à présent fabriquer des systèmes plus rapides, plus efficaces et plus puissants pour accomplir des tâches utiles, telles que des capteurs et des matériaux à commande chimique.
