En kontraktil gel, der lagrer lysenergi

Levende systemer har evnen til at producere kollektive molekylære bevægelser, der har en effekt på makroskalaen, såsom en muskel, der trækker sig sammen via den samordnede virkning af proteinmotorer. For at reproducere dette fænomen, et hold ved CNRS's Institut Charles Sadron ledet af Nicolas Giuseppone, professor ved Université de Strasbourg, har lavet en polymergel, der er i stand til at trække sig sammen gennem virkningen af ​​kunstige molekylære motorer. Når den aktiveres af lys, disse nanoskalamotorer vrider polymerkæderne i gelen, som følgelig trækker sig sammen med flere centimeter. En anden fordel er, at det nye materiale er i stand til at lagre den absorberede lysenergi. Denne artikel er udgivet i Natur nanoteknologi dateret 19. januar 2015.

I biologi, molekylære motorer er meget komplekse proteinsamlinger, der kan producere arbejde ved at forbruge energi:de deltager i fundamentale biologiske funktioner såsom kopiering af DNA og proteinsyntese, og ligger til grund for alle bevægelsesprocesser. Individuelt, disse motorer fungerer kun over afstande i området omkring en nanometer. Imidlertid, Når millioner af dem slutter sig til, kan de arbejde på en fuldstændig koordineret måde, og deres handling kan have en effekt på makroskalaen.

Kemikere har i mange årtier søgt at producere denne type bevægelse ved hjælp af kunstige motorer. For at opnå dette, forskerne ved Institut Charles Sadron erstattede en gels retikuleringspunkter, som tværbinder polymerkæderne til hinanden, ved at rotere molekylære motorer, der består af to dele, der kan dreje i forhold til hinanden, når de forsynes med energi. For første gang, det lykkedes dem at få motorerne til at fungere på en koordineret og kontinuerlig måde, helt op til makroskalaen:så snart motorerne aktiveres af lys, vrider de polymerkæderne i gelen, hvilket får den til at trække sig sammen.

Ligesom i levende systemer, motorerne bruger energi for at producere kontinuerlig bevægelse. Imidlertid, denne lysenergi spredes ikke fuldstændigt:den omdannes til mekanisk energi gennem snoningen af ​​polymerkæderne, og opbevares i gelen. Hvis materialet udsættes for lys i længere tid, mængden af ​​energi indeholdt i sammentrækningen af ​​polymerkæderne bliver meget høj, og kan endda udløse et pludseligt brud på gelen. Forskerne ved Institut Charles Sadron forsøger derfor nu at udnytte denne nye måde at lagre lysenergi på, og genbruge det på en kontrolleret måde.