Imaginez une clé anglaise à l’échelle nanométrique, capable de contrôler des formes à l’échelle nanométrique pour créer des molécules personnalisés. Voilà ce que Severin Schneebeli, une chimiste de l’université du Vermont aux Etats-Unis et son équipe ont mis au point. L’ouverture de cette mini-clé anglaise mesure seulement 1,7 nanomètre, environ 1/100 000 fois plus petit que la largeur d’un cheveu humain.
Pour créer la clé, les scientifiques ont utilisé une nouvelle approche appelée synthèse assistée par chiralité, qui leur permet de préciser les formes des grosses molécules. Une molécule qui est chirale, a deux formes identiques qui sont opposées symétriquement l’une de l’autre. Être capable de contrôler minutieusement les formes de grosses molécules pourrait aider les scientifiques à créer des médicaments, des polymères plus complexes, et d’autres matériaux synthétiques.
Severin Schneebeli et son équipe ont créé des bandes en forme de C de molécules en utilisant une substance dérivée du charbon appelée anthracène. Ressemblant à des Legos, ces bandes correspondent les unes avec les autres sous une certaine orientation géométrique, lui donnant une forme spécifique. La clé résultant conserve sa forme sous une variété de conditions.
« Cela maintient complètement sa forme, » explique Severin Schneebeli, même dans différents solvants et sous plusieurs températures différentes, « ce qui lui permet d’être pré-organisée pour se lier à d’autres molécules d’une manière spécifique. »
Par exemple, la clé anglaise se lie bien avec de grandes molécules appelées macrocycles pillarènes qui sont utilisées pour modifier d’autres produits chimiques, avec des applications potentielles qui vont de substances émettrices de lumière à la fourniture contrôlée de médicaments. La clé permet aux chimistes de modifier à distance les environnements chimiques dans le pillarène, de la même manière qu’un mécanicien peut modifier un boulon extérieur pour ajuster les performances d’un moteur. En outre, la clé permet la fixation à l’intérieur des anneaux de pillarene de manière environ cent fois plus forte.
L’équipe a effectué des simulations détaillées pour évaluer exactement comment la clé pourrait fonctionner. Le contrôle précis de la forme de la clé leur a permis de savoir ce qui pourrait arriver avant qu’ils ne commencent à synthétiser des substances au sein du laboratoire.
À l’avenir, l’équipe prévoit de modifier les pièces en forme de C pour créer d’autres types de formes. Actuellement, l’équipe travaille sur la création d’une spirale qui est flexible comme un vrai ressort mais peut conserver sa forme même sous stress.
« Cette forme hélicoïdale pourrait être super-solide et flexible», explique Severin Schneebeli. « Cela pourrait créer de nouveaux matériaux, peut-être pour les casques plus sûrs ou des matériauxpour l’espace. Ce travail nous oriente vers des matériaux synthétiques avec des propriétés qu’aujourd’hui, aucun matériau ne présente. »
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