Des scientifiques développent un moteur moléculaire ultra-rapide


Des scientifiques de l'Université de Groningue développent un moteur moléculaire ultra-rapide

Lorsque les deux chromophores sont excités par la lumière en même temps, ils se repoussent par interactions dipolaires. Lorsque les chromophores sont liés ensemble, ils commencent à tourner autour du lien qui les maintient ensemble. Source : Thomas Jansen, Université de Groningue

Les moteurs moléculaires alimentés par la lumière existent depuis plus de 20 ans. Ces moteurs prennent généralement des microsecondes à des nanosecondes pour effectuer un tour. Thomas Jansen, professeur agrégé de physique à l’Université de Groningue, et Atreya Majumdar, étudiante à la maîtrise, ont maintenant développé un moléculaire encore plus rapide. La nouvelle conception est alimentée uniquement par la lumière et peut effectuer une révolution complète en picosecondes avec la puissance d’un seul photon. Jansen déclare : « Nous avons développé une nouvelle conception prête à l’emploi pour une molécule motrice beaucoup plus rapide. Le dessin a été publié dans Le Journal des lettres de chimie physique le 7 juin.

La nouvelle conception des molécules motrices a commencé avec un projet dans lequel Jansen voulait comprendre le paysage énergétique des chromophores excités. « Ces chromophores peuvent s’attirer ou se repousser. Je me demandais si nous pouvions utiliser cela pour les amener à faire quelque chose », explique Jansen. Il a confié le projet à Atreya Majumdar, alors étudiante en première année du meilleur master en nanosciences à Groningue. Majumdar a simulé l’interaction entre deux chromophores liés en une seule molécule.

lumière

Majumdar, qui est maintenant titulaire d’un doctorat. Étudiant en nanosciences à l’Université Paris-Saclay en France, déclare : « Un seul photon excite les deux chromophores en même temps et crée des dipôles qu’ils se repoussent. Mais comme elles sont collées ensemble, reliées par un axe de triple liaison, les deux moitiés glissent l’une de l’autre autour de l’axe. « Au cours de ce mouvement, ils commencent à s’attirer. » Ensemble, cela se traduit par une complète créée par l’énergie lumineuse et la communication électrostatique entre les deux chromophores.

Le moteur moléculaire original entraîné par la lumière a été développé par Ben Feringa, collègue de Jansen, professeur de chimie organique à l’Université de Groningue et lauréat du prix Nobel de chimie 2016. Ce moteur fait un tour en quatre étapes. Deux étages sont alimentés par la lumière et deux par la chaleur. « Les niveaux de chaleur déterminent la », explique Jansen. « La molécule doit attendre que l’énergie thermique fluctue pour passer à l’étape suivante. »

Goulots d’étranglement

En revanche, le nouveau design tourne complètement en descente à partir d’un état excité. En raison des lois de la dynamique quantique, un photon excite les deux chromophores en même temps, de sorte qu’il n’y a pas de goulots d’étranglement majeurs pour limiter la vitesse de rotation, qui est de deux à trois ordres de grandeur supérieure à celle des moteurs Feringa classiques.

Tout cela reste théorique, basé sur des calculs et des simulations. « Construire un de ces moteurs n’est pas facile », déclare Jansen. Les chromophores sont répandus, mais un peu fragiles. Créer un axe triple liaison n’est pas facile non plus. Jansen s’attend à ce que quelqu’un essaie de construire cette molécule organique après avoir décrit ses propriétés. Et ce n’est pas une molécule spécifique qui possède ces propriétés, ajoute Majumdar : « Nous avons créé un guide général pour la conception de ce type de moteur moléculaire.

conception

Jansen dit qu’il existe des utilisations potentielles : ils pourraient être utilisés pour alimenter l’administration de médicaments ou déplacer des objets nanométriques autour d’une surface, ou ils pourraient être utilisés dans d’autres applications nanotechnologiques. Et la vitesse de rotation est bien supérieure à celle du processus biophysique moyen, elle peut donc être utilisée pour contrôler les processus biologiques. Dans les simulations, les moteurs étaient attachés à une surface, mais ils tournaient également en solution. Jansen déclare : « Il faudra beaucoup d’ingénierie et de mise au point pour faire de ces moteurs une réalité, mais notre plan fournira un tout nouveau type de moteur moléculaire.


L’antenne à lumière infrarouge entraîne un moteur moléculaire


Plus d’information:
Atreya Majumdar et al., Quantum Classical Simulation of Molecular Motors Driven Only by Light, Le Journal des lettres de chimie physique (2021). DOI : 10.1021 / acs.jpclett.1c00951

Fourni par l’Université de Groningue

Citation: Scientists Design Superfast Molecular Motor (2021, 18 juin), consulté le 18 juin 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-06-scientists-superfast-molecular-motor.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. Sauf pour le commerce équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif seulement.

Laisser un commentaire