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Posté par Michel le Samedi 20/10/2012 à 00:00
Un assemblage de nano-machines pour mimer le muscle
Pour la première fois, un assemblage de milliers de nano-machines capables de produire un mouvement de contraction coordonné s'étendant jusqu'à une dizaine de micromètres, à l'instar des mouvements des fibres musculaires, a été réalisé par une équipe de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Charles Sadron du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).). Ces travaux novateurs menés par Nicolas Giuseppone, professeur à l'Université de Strasbourg, et impliquant des chercheurs du Laboratoire de matière et systèmes complexes (CNRS/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les...) Diderot), valident expérimentalement une approche biomimétique conceptualisée depuis plusieurs années dans le domaine des nanosciences. Ils permettent d'envisager de très nombreuses applications en robotique, en nanotechnologie (Les nanosciences et nanotechnologies (NST) peuvent être définies a minima comme l'ensemble des études et des procédés de fabrication et de manipulation de...) pour le stockage d'information, dans le domaine médical comme la réalisation de muscles artificiels ou pour concevoir d'autres matériaux incorporant des nano-machines (dotés de nouvelles propriétés mécaniques). Ces travaux viennent de paraître sur le site de la revue Angewandte Chemie International Edition.


Gauche et droite: Principe de la contraction et de l'extension d'une chaîne polymère télescopique fondée sur l'association supramoléculaire de milliers de nano-machines.
Centre: Modèle moléculaire de trois nano-machines liées entre elles au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du...) de la chaîne polymère.
© Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA. Reproduced with permission.
Cette image est disponible à la photothèque du CNRS, phototheque@cnrs-bellevue.fr

La nature fabrique de nombreuses machines dites « moléculaires ». Assemblages de protéines très complexes, elles sont à l'origine de fonctions essentielles du vivant comme le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...) d'ions, la synthèse de l'ATP (molécule énergétique) ou la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction...) cellulaire. Nos muscles sont ainsi contrôlés par le mouvement coordonné de ces milliers de nano-machines protéiques qui ne fonctionnent individuellement que sur des distances de l'ordre du nanomètre. Mais en s'associant par milliers, elles amplifient le même mouvement télescopique jusqu'à atteindre notre échelle et ce, de manière parfaitement coordonnée. Même si des progrès fulgurants ont été accomplis ces dernières années par les chimistes de synthèse pour la fabrication de nano-machines artificielles (dont les propriétés mécaniques intéressent de plus en plus chercheurs et industriels), restait le problème de la coordination de plusieurs de ces machines dans l'espace et dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.).

C'est désormais chose faite puisque, pour la première fois, l'équipe de Nicolas Giuseppone a réussi à synthétiser de longues chaînes polymères incorporant par liaisons supramoléculaires (1) des milliers de nano-machines capables de produire chacune des mouvements télescopiques linéaires d'un nanomètre. Sous l'influence du pH, leurs mouvements simultanés permettent à l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) de la chaîne polymère de se contracter ou de s'étendre sur une dizaine de micromètres, amplifiant ainsi le mouvement par un facteur 10 000, selon les mêmes principes que ceux utilisés par les tissus musculaires. Les mesures précises de cette prouesse expérimentale ont été effectuées en collaboration avec l'équipe d'Eric Buhler, physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les...) spécialiste de la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise...) du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) au laboratoire Matière et Systèmes Complexes (CNRS/Université Paris Diderot).

Ces résultats obtenus par une approche biomimétique permettent d'envisager de très nombreuses applications pour la réalisation de muscles artificiels, de micro-robots ou pour la conception de nouveaux matériaux incorporant des nano-machines dotées de nouvelles propriétés mécaniques multi-échelles.


Note:

(1) Une liaison supramoléculaire est une interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en...) entre différentes molécules qui ne repose pas sur la liaison chimique traditionnelle dite « covalente » mais sur d'autres types d'interactions dites « faibles », constituant ainsi des édifices moléculaires complexes.


Référence:

Muscle-like Supramolecular Polymers – Integrated Motion from Thousands of Molecular Machines, G. Du, E. Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie, une machine à broyer, piler, pulvériser diverses substances et à...), N. Jouault, E. Buhler, N. Giuseppone, Angew. Chem. Int. Ed. En ligne le 18/10/2012 (DOI: 10.1002/ange.201206571).


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Source: CNRS