Un interrupteur moléculaire détecteur de métaux
Des chercheurs de l'UNIGE ont développé un nouveau type de capteur chimique capable de révéler la présence de métaux dans l'environnement.


Lorsqu'un ion métallique est inséré, la molécule change de géométrie, se comportant commun interrupteur "on/off". (UNIGE)

Une équipe internationale, emmenée par des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment...) de Genève (UNIGE), a conçu une famille de molécules capable de se lier aux ions métalliques présents dans son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le...) et de fournir un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des...) lumineux aisément détectable lors de la liaison. Ce nouveau type de capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une aiguille. On...) se présente sous la forme d'une structure en 3D dont les molécules sont chirales, c'est-à-dire structurellement identiques mais non superposables, comme une image et son reflet (Un reflet est, en physique, l'image virtuelle formée par la réflexion spéculaire d'un objet sur une surface. La nature spéculaire de la réflexion est liée aux...) dans un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche métallique fine, qui, pour être protégée, est...) ou la main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par le poignet. C'est un organe...) gauche et la main droite. Ces molécules sont composées d'un anneau et de deux bras luminescents qui émettent un type particulier de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière...) dans un processus appelé Luminescence (La luminescence est une émission de lumière dite "froide", par opposition à l'incandescence qui elle est chaude.) Circulairement Polarisée (CPL en anglais), et détectent les ions, comme le sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le...), de manière sélective. Une recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) à découvrir dans la revue Chemical Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de connaissances,...).

"Les bras luminescents de nos molécules fonctionnent comme des sortes d'ampoules qui s'allument ou s'éteignent en fonction de la présence d'un ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν (ion), se traduisant par « allant, qui va ».) chargé positivement, un cation métallique", explique Jérôme Lacour, doyen de la Faculté des sciences de l'UNIGE et Professeur ordinaire au Département de chimie organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.). Ces molécules peuvent être comparées à de petits cadenas (CADENAS est un éditeur de logiciels et prestataire de services dans le domaine de la gestion de composants standards. Depuis sa création en 1992 à Augsbourg (Allemagne), le groupe CADENAS s'est...): lorsqu'elles sont prêtes à fonctionner et à détecter la présence de métaux, elles émettent un type particulier de lumière (polarisée circulaire). Lorsqu'on y insère un ion métallique qui agit sur elles comme une clé, la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et,...) de la serrure change et la lumière disparaît.

Ces "cadenas" sont composés de deux parties: un anneau qui peut entourer des ions métalliques tels que le sodium, et deux bras torsadés qui s'étendent à partir du bord et agissent comme des ampoules électriques, dont la lumière permet de "voir" si des ions métalliques sont présents ou non. En l'absence d'ions métalliques, les deux bras sont proches l'un de l'autre et émettent une lumière polarisée intense. Lorsqu'un ion métallique est ajouté, la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus...) change de géométrie. Les bras s'écartent et cessent d'émettre de la lumière. On peut aussi "retirer la clé" en ajoutant une autre molécule. La luminescence des deux bras est alors totalement récupérée. Cette capacité d'allumage/extinction peut être répétée sur plusieurs cycles "on/off", ce qui rend ces molécules efficaces et faciles à lire. La molécule se comporte donc comme un interrupteur; elle fournit un signal clair dont les applications pratiques pourraient être nombreuses, à commencer par la détection de métaux dans l'environnement.

La conception de tels interrupteurs réversibles implique généralement le recours à des terres rares (Les terres rares sont un groupe de métaux aux propriétés voisines comprenant le scandium 21Sc, l'yttrium 39Y et les quinze lanthanides.) ou à d'autres grands assemblages supramoléculaires complexes (polymères). "Notre système repose à l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...) sur une petite molécule formée de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) et d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), et a l'avantage d'être sensible à des cations simples et naturellement abondants comme le sodium, souligne Jérôme Lacour. Malgré la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en informatique ou en sciences de...) fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le terme a été...) des molécules, ce nouveau type de capteur a l'avantage d'être facilement accessible en deux étapes synthétiques seulement, qui ont pu être établies avec fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des charges.) au terme de trois ans de recherche seulement."

Contact chercheur:
- Jérôme Lacour
Doyen de la Faculté des sciences - Professeur ordinaire au Département de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés...), Faculté des sciences, Université de Genève
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