La photosynthèse: une propulsion 100% bio pour des micro-objets

Publié par Redbran le 22/06/2022 à 13:00
Source: CNRS INC
Développer des (micro)systèmes capables de se mouvoir et d'être propulsés par de simples stimuli extérieurs comme la lumière est un domaine en plein essor avec de nombreuses applications potentielles allant de la nanomédecine à la dépollution des eaux. Pour se mouvoir, la plupart des systèmes synthétiques ou hybrides actuels nécessitent un combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se...) artificiel ou semi-naturel.

Des chimistes de Bordeaux ont récemment développé une toute autre stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie...) qui utilise l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) relargué par des feuilles lors de la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et...) pour les propulser de façon contrôlée à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) air/eau. Ces nouveaux nageurs sont à découvrir dans la revue Angewandte Chemie International Edition.


En modifiant une feuille par microchirurgie, il est possible de concentrer le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) d'O2 produit au cours de la photosynthèse. En contact avec de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...), une feuille ainsi modifiée devient un nageur naturel qui se déplace uniquement sous l'effet de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) et en présence de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un...).
© Ambrose Ashwin Melvin.

Au cours de millions d'années d'évolution et d'optimisation, la nature a conçu des systèmes dynamiques hautement sophistiqués et de différentes tailles. Les nageurs naturels sont un bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de...) exemple de cette complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...) de l'évolution, qui utilisent des stratégies très polyvalentes pour générer du mouvement. Grandement inspirés des nageurs naturels, des nageurs (semi-)artificiels, sortes d'engins synthétiques ou biohybrides, ont vu le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) comme candidats prometteurs pour effectuer diverses tâches allant de l'assainissement (L’assainissement est un processus par lequel des personnes peuvent vivre dans un...) des eaux à la nanomédecine.

Ces nageurs peuvent être alimentés et contrôlés de façon externe, par exemple par la lumière, mais également par une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) magnétique, électrique ou acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des...). Ils peuvent aussi être propulsés par d'autres mécanismes, basés sur l'utilisation de carburants (bio)chimiques, mais avec un certain risque que le carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...) ou les produits de réaction soient toxiques. Plus récemment, des micronageurs hybrides ont été proposés comme intermédiaires intéressants entre nageurs naturels et artificiels. Ils sont souvent composés de parties purement synthétiques couplées à des entités biologiques comme des bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) ou des spermatozoïdes.

Dans une étude récemment publiée dans Angewandte Chemie International Edition, des chimistes de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) des sciences moléculaires (CNRS/Institut polytechnique de Bordeaux/Université de Bordeaux) rapportent une toute autre stratégie de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant....) innovante basée sur le détournement des bulles de dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2,...) O2 produites par des feuilles au cours du processus de photosynthèse naturelle. En modifiant par microchirurgie la structure des canaux d'évolution des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) sur la feuille, les scientifiques ont pu contrôler spatialement le flux d'O2, habituellement relargué de façon diffuse au cours de la photosynthèse. En contact avec de l'eau, une feuille ainsi modifiée devient un macro- ou micronageur naturel.

Contrairement à la majorité des systèmes rapportés jusqu'ici, aucun combustible chimique classique, comme le peroxyde (Un peroxyde est un composé chimique de formule générale R-O-O-R', le groupe -O-O-...) d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) ou d'autres composés tels que le sucre (Ce que l'on nomme habituellement le sucre est, dès 1406, une "substance de saveur douce...) pour certains nageurs enzymatiques, n'est nécessaire pour actionner la feuille. Celle-ci se déplace uniquement sous l'effet de la lumière, en présence de dioxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) et d'eau. Cette classe unique de nageurs naturels pourrait bien à l'avenir servir de plate-forme pour développer des systèmes dynamiques originaux à différentes échelles.

Ces travaux ont été obtenus dans le cadre d'une étude financée par le European Research Council (ERC) dans le programme de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) et innovation Horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre...) 2020 de l'Union européenne (grant agreement n° 74125, ERC Advanced grant ELECTRA).

Référence:
Spatially Controlled CO2 Conversion Kinetics in Natural (Natural est un langage de programmation semi-compilé, édité par la société...) Leaves for Motion Generation,
Ambrose A. Melvin, Bertrand Goudeau, Wojciech Nogala et Alexander Kuhn, Angewandte Chemie International Edition Juin 2022.
https://doi.org/10.1002/anie.202205298

Contacts:
- Alexander Kuhn - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) à Institut des sciences moléculaires (CNRS/Université de Bordeaux/Bordeau INP) - kuhn at enscbp.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) - Institut de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) - inc.communication at cnrs.fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) pour la communication - Institut de chimie du CNRS - anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
- Christophe Cartier dit Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie,...) - Chercheur à l'Institut parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication scientifique de l'INC
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