Samling af nanomaskiner efterligner menneskelige muskler

For første gang, en samling af tusindvis af nanomaskiner, der er i stand til at producere en koordineret sammentrækningsbevægelse, der strækker sig op til omkring ti mikrometer, ligesom muskelfibres bevægelser, er blevet syntetiseret af et CNRS-hold fra Institut Charles Sadron. Dette innovative arbejde, ledet af Nicolas Giuseppone, professor ved Université de Strasbourg, og involverer forskere fra Laboratoire de Matière et Systèmes Complexes (CNRS/Université Paris Diderot), giver en eksperimentel validering af en biomimetisk tilgang, der har været konceptualiseret i nogle år inden for nanovidenskab.

Denne opdagelse åbner perspektiver for en lang række anvendelser inden for robotteknologi, i nanoteknologi til lagring af information, inden for det medicinske område til syntese af kunstige muskler eller i design af andre materialer, der inkorporerer nanomaskiner (udrustet med nye mekaniske egenskaber). Dette arbejde er blevet offentliggjort i online-versionen af ​​tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition .

Naturen fremstiller adskillige maskiner kendt som "molekylære". Meget komplekse samlinger af proteiner, de er involveret i essentielle funktioner af levende væsener, såsom transport af ioner, syntesen af ​​ATP ("energimolekylet"), og celledeling. Vores muskler styres således af den koordinerede bevægelse af disse tusindvis af protein nano-maskiner, som kun fungerer individuelt over afstande af størrelsesordenen en nanometer. Imidlertid, når de kombineres i tusindvis, sådanne nanomaskiner forstærker denne teleskopiske bevægelse, indtil de når vores skala og gør det på en perfekt koordineret måde. Selvom syntetiske kemikere har gjort blændende fremskridt i løbet af de sidste par år i fremstillingen af ​​kunstige nanomaskiner (hvis mekaniske egenskaber er af stigende interesse for forskning og industri), koordineringen af ​​flere af disse maskiner i rummet og i tiden forblev hidtil et uløst problem.

Ikke længere:for første gang, Giuseppones team har haft held med at syntetisere lange polymerkæder, der indeholder, via supramolekylære bindinger (1), tusindvis af nanomaskiner, der hver er i stand til at producere lineær teleskopisk bevægelse på omkring en nanometer. Under påvirkning af pH, deres samtidige bevægelser tillader hele polymerkæden at trække sig sammen eller strække sig over omkring 10 mikrometer, derved forstærker bevægelsen med en faktor på 10, 000, efter de samme principper som dem, der anvendes af muskelvæv. Præcise målinger af denne eksperimentelle bedrift er blevet udført i samarbejde med teamet ledet af Eric Buhler, en fysiker med speciale i strålingsspredning ved Laboratoire Matière et Systèmes Complexes (CNRS/Université Paris Diderot).

Disse resultater, opnået ved hjælp af en biomimetisk tilgang, kunne føre til adskillige applikationer til design af kunstige muskler, mikro-robotter eller udvikling af nye materialer, der inkorporerer nano-maskiner udstyret med nye multi-skala mekaniske egenskaber.