Avancées scientifiques de pointe

Des avancées scientifiques de pointe

Un nouveau concept pour activer le côté inactif des molécules

Pawel Dydio et son équipe sont parvenus à créer une nouvelle manière plus efficace d’activer une partie inactive d’une molécule organique. Une recherche pour laquelle le chimiste a obtenu en novembre 2018 une bourse ERC de 1,7 million d’euros. Cette première découverte qui permettrait notamment de donner de nouvelles propriétés aux médicaments.

L’approche standard pour activer les parties inactives d’une molécule est d’engendrer une série de réactions de manière linéaire, un processus long et compliqué à adapter aux grandes molécules. Or, dans la nature, toutes ces réactions ont lieu en parallèle. C’est ce système que les chercheurs sont parvenus à reproduire en amenant une nouvelle dimension au schéma existant. Dans le procédé établi par Pawel Dydio, les réactions ont lieu de manière simultanée. Quand l’une est réversible et responsable des changements de réactivité, l’autre fonctionnalise, autrement dit elle change la structure.

Après avoir établi ce nouveau concept de base adaptable aux grosses comme aux petites molécules, l’équipe de Pawel Dydio l’a testé sur des molécules d’alcool difficiles à fonctionnaliser et connues pour avoir beaucoup de côtés non actifs. D’autres types de molécules vont pouvoir être testés si le concept fonctionne et des réseaux métaboliques similaires encore plus complexes pourront être construits.

REFERENCE

« Dual-catalytic transition metal systems for functionalization of unreactive sites of molecules »,Dawid Lichosyt, Yang Zhang,Karolina Hurej, Paweł Dydio. Nature Catalysis, 2019

Microtubules artificiels oscillants : des fibres qui s’étendent et se rétrécissent spontanément

Dans la cellule, les oscillations de taille de fibres naturelles telles que les microtubules ou les filaments d'actine du cytosquelette sont contrôlées par la « combustion » de carburants chimiques. Le Laboratoire de Thomas Hermans a découvert un phénomène similaire dans un système complètement artificiel.

Le laboratoire a développé une molécule capable de former des fibres spontanément par auto-assemblage, commençant par des petits «noyaux» qui grandissent rapidement. La molécule peut être désactivée en réagissant avec un réducteur chimique, entrainant la dissociation des fibres. Les molécules peuvent être réactivées par l'oxygène (un oxydant), ce qui fait croître à nouveau les fibres. En plus des oscillations spontanées, les chercheurs ont observé des ondes progressives de formation de fibres et des motifs complexes à l'échelle centimétrique. Ils ont constaté que l'interaction de l'auto-assemblage moléculaire et de la convection du fluide mène à ces structures en mosaïque.

De tels systèmes auto-oscillants synthétiques semblables au vivant pourront avoir des applications nombreuses en science des matériaux, en médecine et en robotique molle.

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REFERENCE

« Oscillations, traveling fronts and patterns in a supramolecular system », J.Leira-Iglesias, A.Tassoni, T.Adachi, M.Stich, T.M.Hermans. Nature Nanotechnology, 2018

Régulateur de vitesse Supramoléculaire

Le laboratoire de Thomas Hermans est parvenu à montrer que des fibres supramoléculaires artificielles pouvaient être maintenues loin de leur état d’équilibre, à la manière du régulateur de vitesse d’une voiture.

L’hors-équilibre est la pierre angulaire du vivant et la plupart des systèmes sont capables de consommer un « carburant chimique » tout en évacuant les déchets produits. Ce faisant, ils sont alors capables d’opérer loin de leur équilibre thermodynamique indéfiniment en dissipant l’énergie qui leur est fournie.

Inspirés de ces systèmes, les chercheurs ont décidé de confiner un auto-assemblage dans un réacteur ouvert (imprimé en 3D) afin de mimer ces conditions permettant au système supramoléculaire de s’assembler et de se désassembler en continu.

Etre en mesure de se maintenir dans un état devrait permettre au système supramoléculaire d’exhiber de nouvelles structures ou propriétés qui n’existent pas à l’équilibre. Cette façon de procéder rappelle celui d’une voiture qui pour rouler consomme du carburant et éjecte des gaz pour pouvoir se maintenir à la vitesse programmée par le régulateur de vitesse.

REFERENCE

« Non-equilibrium steady-states in supramolecular polymerization », A.Sorrenti, J.Leira-Iglesias, A.Sato,  T.M.Hermans. Nature Communications, 2017

Des molécules pour stocker l’information

Face à l’explosion des données numériques, les chercheurs réfléchissent à des modes de stockage révolutionnaires. Parmi les pistes les plus prometteuses : l’utilisation de polymères.

Le laboratoire de Jean-François Lutz, en collaboration avec l'Université d’Aix Marseille, a réalisé une avancée scientifique majeure en mettant au point un procédé d'encodage et de lecture de données numériques sur un support plastique.

Ces avancées laissent entrevoir des perspectives intéressantes concernant le stockage de plusieurs kilooctets de données sur des polymères synthétiques.

Des applications concrètes sont déjà envisagées pour l'automobile ou les produits de luxe : éviter les contrefaçons par exemple en intégrant dans les matériaux des identifiants moléculaires.

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REFERENCES

« Information-Containing Macromolecules », Howard Colquhoun et Jean-François Lutz, Nature Chemistry, 2014

« Mass Spectrometry Sequencing of Long Digital Polymers Facilitated by Programmed Inter-byte Fragmentation » Abdelaziz Al Ouahabi, Jean-Arthur Amalian, Laurence Charles and Jean-François Lutz. Nature communications, 2017

Des nanofils supramoléculaires intégrés et innovants

Les nanofils supramoléculaires constitués de briques organiques semi-conductrices auto-assemblées sont des

composants appropriés pour le développement de dispositifs optoélectroniques de haute performance. C’est en raison de leurs propriétés optiques (absorption et sensibilité à la lumière), électroniques (transport de porteurs de charge) et morphologiques (rapport surface sur volume) supérieures que ces performances deviennent possibles.

L'équipe de Paolo Samori a développé une nouvelle stratégie pour connecter simultanément des centaines de nanofils supramoléculaires à des nanoélectrodes avec des niveaux d’énergie différents.

Ces résultats sont d’une grande importance pour la réalisation de dispositifs optoélectroniques de haute performance basés sur des nanostructures organiques (par exemple des diodes électroluminescentes ou des vannes de spin à base de nanofils), comblant ainsi l’écart entre les semi-conducteurs nanostructurés « bottom-up » et les applications optoélectroniques macroscopiques.

Ces recherches ouvrent ainsi la voie à des applications potentielles à la croisée de l’optoélectronique et de la nanotechnologie.

REFERENCE

« A nanomesh scaffold for supramolecular nanowire optoelectronic devices », Lei Zhang, Xiaolan Zhong, Egon Pavlica, Songlin Li, Alexander Klekachev, Gvido Bratina, Thomas W. Ebbesen, Emanuele Orgiu & Paolo Samorì.
Nature Nanotechnology, 2016

Des nano-fibres plastiques intelligents

Les laboratoires de Nicolas Giuseppone et de Bernard Doudin ont fabriqué des fibres plastiques fortement conductrices, de quelques nanomètres d’épaisseur.

Ces nano-fibres allient les avantages des deux matériaux utilisés à ce jour pour conduire le courant électrique : la conductivité des métaux, la souplesse et la légèreté des polymères organiques plastiques.

L'étape suivante est de démontrer que ces fibres peuvent être intégrées industriellement dans des appareils électroniques comme écrans souples, cellules solaires, transistors, nano-circuits imprimés, etc.

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REFERENCE

« Light-triggered Self-construction of Supramolecular Organic Nanowires as Metallic Interconnects.» Vina Faramarzi, Frédéric Niess, Emilie Moulin, Mounir Maaloum, Jean-François Dayen, Jean-Baptiste Beaufrand, Silvia Zanettini, Bernard Doudin, and Nicolas Giuseppone. Nature Chemistry, 2012